JP6748889B2 - Power converter - Google Patents
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Description
本開示は、直流電力を交流電力に変換する電力変換装置に関する。 The present disclosure relates to a power conversion device that converts DC power into AC power.
近年、会社または個人が、分散型電源（例えば、太陽電池、燃料電池、蓄電池）から得た電力を電力会社に売るビジネス（売電）が拡大している。売電は、分散型電源を商用電力系統と接続する系統連系によって実施される。系統連系では、パワーコンディショナと称される電力変換装置を用いて、分散型電源の電力を、商用電力系統に適応した電力に変換する。 In recent years, businesses (power sales) in which a company or an individual sells electric power obtained from a distributed power source (for example, a solar cell, a fuel cell, and a storage battery) to an electric power company are expanding. Power sales are implemented by grid interconnection, which connects distributed power sources to commercial power grids. In the grid interconnection, a power converter called a power conditioner is used to convert the power of the distributed power source into power adapted to the commercial power grid.
分散型電源が直流電源である場合、系統連系では、直流電力を交流電力に変換する電力変換装置が利用される。このような電力変換装置として、例えば、高周波トランスと、高周波トランスの１次側に配置された第１インバータと、高周波トランスの２次側に配置された限流リアクトルと、複数のスイッチング素子がフルブリッジ構成された第２インバータとを有する系統連系インバータ装置が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。第１インバータは、直流電力を高周波電力に変換する。限流リアクトルは、前記高周波電力を商用電力に変換する。前記第２インバータのスイッチング素子は、双方向スイッチで構成され、双方向スイッチを系統電圧の極性に応じてオンオフして高周波トランスの電力を交流に変換する。 When the distributed power source is a DC power source, a power conversion device that converts DC power into AC power is used in the grid interconnection. As such a power converter, for example, a high-frequency transformer, a first inverter arranged on the primary side of the high-frequency transformer, a current limiting reactor arranged on the secondary side of the high-frequency transformer, and a plurality of switching elements are included. A grid-connected inverter device having a bridge-configured second inverter has been proposed (for example, see Patent Document 1). The first inverter converts DC power into high frequency power. The current limiting reactor converts the high frequency power into commercial power. The switching element of the second inverter is composed of a bidirectional switch, and the bidirectional switch is turned on/off according to the polarity of the system voltage to convert the power of the high frequency transformer into alternating current.
従来技術においては、電力のロスの低減が望まれる。 In the prior art, reduction of power loss is desired.
本開示の一態様に係る電力変換装置によれば、
直流電源に接続される第１及び第２の端子と、
商用電力系統又は負荷に接続される第３及び第４の端子と、
一次巻線及び第５及び第６の端子を有する二次巻線を備えるトランスと、
第１及び第２の端子と一次巻線との間に接続された一次側インバータ回路と、
第５及び第６の端子と第３及び第４の端子との間に接続された二次側コンバータ回路と、
制御回路とを備え、
二次側コンバータ回路は、ダイオード及びダイオードに並列に接続されるスイッチを含む第１〜第８のスイッチング素子を備え、
第１及び第５のスイッチング素子は、それぞれのダイオードの順方向が互いに逆になるように、第３及び第５の端子の間において互いに直列に接続され、
第２及び第６のスイッチング素子は、それぞれのダイオードの順方向が互いに逆になるように、第４及び第５の端子の間において互いに直列に接続され、
第３及び第７のスイッチング素子は、それぞれのダイオードの順方向が互いに逆になるように、第３及び第６の端子の間において互いに直列に接続され、
第４及び第８のスイッチング素子は、それぞれのダイオードの順方向が互いに逆になるように、第４及び第６の端子の間において互いに直列に接続され、
第１及び第２のスイッチング素子は、それぞれのダイオードの順方向が互いに同じになるように、第３及び第４の端子の間において互いに直列に配置され、
第３及び第４のスイッチング素子は、それぞれのダイオードの順方向が互いに同じになるように、第３及び第４の端子の間において互いに直列に配置され、
第１及び第３のスイッチング素子は、それぞれのダイオードの順方向が互いに逆になるように、第５及び第６の端子の間において互いに直列に配置接続され、
制御回路は、
第６の端子の電圧を基準にして第５の端子の電圧が第１の極性を有する第１の期間内において、第３の期間に第１のスイッチング素子をオンし、第３の期間よりも長く第３の期間を完全に含む第４の期間に第５のスイッチング素子をオンし、
第６の端子の電圧を基準にして第５の端子の電圧が第１の極性とは逆の第２の極性を有する第２の期間内において、第５の期間に第２のスイッチング素子をオンし、第５の期間よりも長く第５の期間を完全に含む第６の期間に第６のスイッチング素子をオンする。
According to the power conversion device according to one aspect of the present disclosure,
First and second terminals connected to a DC power source,
Third and fourth terminals connected to the commercial power system or load,
A transformer comprising a primary winding and a secondary winding having fifth and sixth terminals;
A primary side inverter circuit connected between the first and second terminals and the primary winding;
A secondary converter circuit connected between the fifth and sixth terminals and the third and fourth terminals;
With a control circuit,
The secondary converter circuit includes first to eighth switching elements including a diode and a switch connected in parallel to the diode,
The first and fifth switching elements are connected in series with each other between the third and fifth terminals such that the forward directions of the respective diodes are opposite to each other,
The second and sixth switching elements are connected in series with each other between the fourth and fifth terminals such that the forward directions of the respective diodes are opposite to each other,
The third and seventh switching elements are connected in series with each other between the third and sixth terminals so that the forward directions of the respective diodes are opposite to each other.
The fourth and eighth switching elements are connected in series with each other between the fourth and sixth terminals such that the forward directions of the respective diodes are opposite to each other,
The first and second switching elements are arranged in series with each other between the third and fourth terminals so that the respective diodes have the same forward direction.
The third and fourth switching elements are arranged in series between the third and fourth terminals such that the forward directions of the respective diodes are the same,
The first and third switching elements are arranged and connected in series with each other between the fifth and sixth terminals so that the forward directions of the respective diodes are opposite to each other.
The control circuit
Within the first period in which the voltage of the fifth terminal has the first polarity based on the voltage of the sixth terminal, the first switching element is turned on in the third period, and The fifth switching element is turned on in the fourth period which includes the third period for a long time,
The second switching element is turned on in the fifth period within the second period in which the voltage of the fifth terminal has the second polarity opposite to the first polarity with reference to the voltage of the sixth terminal. Then, the sixth switching element is turned on in the sixth period which is longer than the fifth period and completely includes the fifth period.
本開示によれば、電力のロスを低減することができる。 According to the present disclosure, it is possible to reduce power loss.
＜本開示に係る一形態を得るに至った経緯＞
本願出願人は、特許文献１のようにトランスの一次側及び二次側の両方にインバータ回路を備えた電力変換装置であって、二次側から電力を出力しない期間に一次側のインバータ回路で循環電流が発生することを防止した電力変換装置を提案した（特願２０１５−１４６１９４号）。
<Background of Obtaining One Form According to the Present Disclosure>
The applicant of the present application is a power conversion device that includes an inverter circuit on both the primary side and the secondary side of a transformer as in
従来の電力変換装置では、二次側のインバータ回路においてダイオード整流方式を使用したので、ダイオードによる損失が発生する。従って、この損失を低減することが求められる。 In the conventional power converter, the diode rectification method is used in the inverter circuit on the secondary side, so that a loss due to the diode occurs. Therefore, it is required to reduce this loss.
本開示の目的は、同期整流方式を用いた二次側のインバータ回路を備えた電力変換装置であって、二次側のインバータ回路を従来よりも高効率である新規な駆動方法で動作させる電力変換装置を提供することにある。 An object of the present disclosure is a power conversion device including a secondary-side inverter circuit that uses a synchronous rectification method, and power for operating the secondary-side inverter circuit by a novel driving method that is more efficient than conventional methods. It is to provide a conversion device.
実施形態．
以下、図面に基づいて本開示の実施形態を詳細に説明する。
Embodiment.
Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings.
図１は、実施形態に係る電力変換装置１の回路図である。電力変換装置１は、一次側インバータ回路５、トランス９、二次側コンバータ回路１１、コイル２３、コンデンサ２５、電圧計７１，７５、電流計７３，７７、及び制御回路７を備える。電力変換装置１は、直流電源１７に接続される端子３ａ及び３ｂと、商用電力系統２７に接続される端子１５ａ及び１５ｂとを有する。電力変換装置１は、直流電源１７及び商用電力系統２７の間で双方向に電力を変換して伝送するパワーコンディショナである。
FIG. 1 is a circuit diagram of a
直流電源１７は、例えば、蓄電池、太陽電池、燃料電池などである。直流電源１７の正極は電力変換装置１の端子３ａと電気的に接続され、直流電源１７の負極は電力変換装置１の端子３bと電気的に接続される。直流電源１７の電力は、端子３ａ及び３ｂを介して、一次側インバータ回路５に供給される。
The
一次側インバータ回路５は、端子３ａ及び３ｂとトランス９の一次巻線１９との間に接続される。一次側インバータ回路５は、直流電源１７から供給された直流電圧を例えば２０ｋＨｚの高周波電圧（交流電圧）に変換する高周波インバータである。一次側インバータ回路５は、4個のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４を備える。スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４はブリッジ接続されてフルブリッジ型の回路を構成する。スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４は、スイッチＳ１〜Ｓ４のうちの１つ及びダイオードＤ１〜Ｄ４のうちの１つをそれぞれ備える。スイッチＳ１〜Ｓ４は、例えば電界効果トランジスタである。各ダイオードＤ１〜Ｄ４は、対応するスイッチＳ１〜Ｓ４のソース及びドレインにわたってそれぞれ接続される。すなわち、各ダイオードＤ１〜Ｄ４は、対応するスイッチＳ１〜Ｓ４に並列に接続される。各ダイオードＤ１〜Ｄ４は、対応するスイッチＳ１〜Ｓ４のボディダイオードであってもよく、スイッチＳ１〜Ｓ４に外付けでそれぞれ接続されてもよい。
The primary
スイッチＳ１〜Ｓ４は、電界効果トランジスタに代えて、例えばｎｐｎ型の絶縁ゲートバイポーラトランジスタであってもよい。この場合、ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４は還流ダイオードとして設けられる。ダイオードＤ１は、スイッチＳ１がオンされているときにスイッチＳ１に流れる電流と逆向きの電流が流れるように、スイッチＳ１のエミッタ及びコレクタにわたって接続される。すなわち、ダイオードＤ１のアノードはスイッチＳ１のエミッタに接続され、ダイオードＤ１のカソードはスイッチＳ１のコレクタに接続される。これと同様に、ダイオードＤ２〜Ｄ４はスイッチＳ２〜Ｓ４に接続される。 The switches S1 to S4 may be, for example, npn-type insulated gate bipolar transistors instead of the field effect transistors. In this case, the diodes D1, D2, D3, D4 are provided as freewheeling diodes. The diode D1 is connected across the emitter and collector of the switch S1 so that a current flowing in the opposite direction to the current flowing through the switch S1 when the switch S1 is turned on. That is, the anode of the diode D1 is connected to the emitter of the switch S1, and the cathode of the diode D1 is connected to the collector of the switch S1. Similarly, the diodes D2 to D4 are connected to the switches S2 to S4.
制御回路７は、スイッチＳ１，Ｓ４をオンしているときにスイッチＳ２，Ｓ３をオフし、スイッチＳ１，Ｓ４をオフしているときにスイッチＳ２，Ｓ３をオンする。
The
トランス９は、互いに磁気的に結合された一次巻線１９及び二次巻線２１を備える高周波トランスである。一次巻線１９の端子Ｐ１，Ｐ２は一次側インバータ回路５の出力端子に接続される。二次巻線２１の端子Ｐ３，Ｐ４は二次側コンバータ回路１１の入力端子に接続される。トランス９は、一次側インバータ回路５と二次側コンバータ回路１１とを絶縁する。トランス９は、電力変換装置１が電力供給モードで動作するとき、一次側インバータ回路５からトランス９を介して二次側コンバータ回路１１に電力を供給し、電力変換装置１が電力回生モードで動作するとき、二次側コンバータ回路１１からトランス９を介して一次側インバータ回路５に電力を回生する。これらのモードについては、後で詳しく説明する。
The
二次側コンバータ回路１１は、二次巻線２１と端子１５ａ，１５ｂとの間に接続される。二次側コンバータ回路１１は、トランス９から供給された高周波電圧を直接に５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの商用の交流電圧に変換する直接交流コンバータである。二次側コンバータ回路１１は、８個のスイッチング素子ＳＷ５〜ＳＷ１２を備える。スイッチング素子ＳＷ５〜ＳＷ１２は、スイッチＳ５〜Ｓ１２のうちの１つ及びダイオードＤ５〜Ｄ１２のうちの１つをそれぞれ備える。スイッチＳ５〜Ｓ１２は例えばＭＯＳＦＥＴである。各ダイオードＤ５〜Ｄ１２は、対応するスイッチＳ５〜Ｓ１２のソース及びドレインにわたってそれぞれ接続される。すなわち、各ダイオードＤ５〜Ｄ１２は、対応するスイッチＳ５〜Ｓ１２に並列に接続される。各ダイオードＤ５〜Ｄ１２は、対応するスイッチＳ５〜Ｓ１２のボディダイオードであってもよく、スイッチＳ５〜Ｓ１２に外付けでそれぞれ接続されてもよい。ＭＯＳＦＥＴのスイッチＳ５〜Ｓ１２とダイオードＤ５〜Ｄ１２とを組み合わせたことにより、スイッチング素子ＳＷ５〜ＳＷ１２は、オフしたときに一方向に電流を流しかつオンしたときに双方向に電流を流す。
The
以下、本明細書では、スイッチング素子ＳＷ５〜ＳＷ１２を第１スイッチング素子ＳＷ５〜第８スイッチング素子ＳＷ１２といい、スイッチＳ５〜Ｓ１２を第１スイッチＳ５〜第８スイッチＳ１２という。 Hereinafter, in this specification, the switching elements SW5 to SW12 are referred to as first switching elements SW5 to eighth switching elements SW12, and the switches S5 to S12 are referred to as first switches S5 to eighth switches S12.
第１スイッチング素子ＳＷ５及び第５スイッチング素子ＳＷ９は、オフしたときに電流が流れる方向が互いに逆になるように（すなわち、ダイオードＤ５，Ｄ９の順方向が互いに逆になるように）、端子１５ａ及び端子Ｐ３の間において互いに直列に接続される。第１スイッチＳ５及び第５スイッチＳ９のドレインが互いに接続されるか、これらのソースが互いに接続される。第１スイッチング素子ＳＷ５及び第５スイッチング素子ＳＷ９のいずれが端子Ｐ３に近接して設けられてもよい。
The first switching element SW5 and the fifth switching element SW9 have
第２スイッチング素子ＳＷ６及び第６スイッチング素子ＳＷ１０は、オフしたときに電流が流れる方向が互いに逆になるように（すなわち、ダイオードＤ６，Ｄ１０の順方向が互いに逆になるように）、端子１５ｂ及び端子Ｐ３の間において互いに直列に接続される。第２スイッチＳ６及び第６スイッチＳ１０のドレインが互いに接続されるか、これらのソースが互いに接続される。第２スイッチング素子ＳＷ６及び第６スイッチング素子ＳＷ１０のいずれが端子Ｐ３に近接して設けられてもよい。
The second switching element SW6 and the sixth switching element SW10 have
第３スイッチング素子ＳＷ７及び第７スイッチング素子ＳＷ１１は、オフしたときに電流が流れる方向が互いに逆になるように（すなわち、ダイオードＤ７，Ｄ１１の順方向が互いに逆になるように）、端子１５ａ及び端子Ｐ４の間において互いに直列に接続される。第３スイッチＳ７及び第７スイッチＳ１１のドレインが互いに接続されるか、これらのソースが互いに接続される。第３スイッチング素子ＳＷ７及び第７スイッチング素子ＳＷ１１のいずれが端子Ｐ４に近接して設けられてもよい。
The third switching element SW7 and the seventh switching element SW11 have
第４スイッチング素子ＳＷ８及び第８スイッチング素子ＳＷ１２は、オフしたときに電流が流れる方向が互いに逆になるように（すなわち、ダイオードＤ８，Ｄ１２の順方向が互いに逆になるように）、端子１５ｂ及び端子Ｐ４の間において互いに直列に接続される。第４スイッチＳ８及び第８スイッチＳ１２のドレインが互いに接続されるか、これらのソースが互いに接続される。第４スイッチング素子ＳＷ８及び第８スイッチング素子ＳＷ１２のいずれが端子Ｐ４に近接して設けられてもよい。
The fourth switching element SW8 and the eighth switching element SW12 have
第１スイッチング素子ＳＷ５及び第２スイッチング素子ＳＷ６は、第１スイッチング素子ＳＷ５、第２スイッチング素子ＳＷ６、第５スイッチング素子ＳＷ９、及び第６スイッチング素子ＳＷ１０を含みかつ端子１５ａから端子１５ｂに至る経路において、オフしたときに電流が流れる方向が互いに同じになるように（すなわち、ダイオードＤ５，Ｄ６の順方向が互いに同じになるように）配置される。 The first switching element SW5 and the second switching element SW6 include the first switching element SW5, the second switching element SW6, the fifth switching element SW9, and the sixth switching element SW10, and in the path from the terminal 15a to the terminal 15b, It is arranged so that the directions of the currents flow when turned off (that is, the forward directions of the diodes D5 and D6 are the same).
第３スイッチング素子ＳＷ７及び第４スイッチング素子ＳＷ８は、第３スイッチング素子ＳＷ７、第４スイッチング素子ＳＷ８、第７スイッチング素子ＳＷ１１、及び第８スイッチング素子ＳＷ１２を含みかつ端子１５ａから端子１５ｂに至る経路において、オフしたときに電流が流れる方向が互いに同じになるように（すなわち、ダイオードＤ７，Ｄ８の順方向が互いに同じになるように）配置される。 The third switching element SW7 and the fourth switching element SW8 include the third switching element SW7, the fourth switching element SW8, the seventh switching element SW11, and the eighth switching element SW12, and in the path from the terminal 15a to the terminal 15b, It is arranged so that the directions of current flow when turned off are the same (that is, the forward directions of the diodes D7 and D8 are the same).
第１スイッチング素子ＳＷ５及び第３スイッチング素子ＳＷ７は、第１スイッチング素子ＳＷ５、第３スイッチング素子ＳＷ７、第５スイッチング素子ＳＷ９、及び第７スイッチング素子ＳＷ１１を含みかつ端子Ｐ３から端子Ｐ４に至る経路において、オフしたときに電流が流れる方向が互いに逆になるように（すなわち、ダイオードＤ５，Ｄ７の順方向が互いに逆になるように）配置される。 The first switching element SW5 and the third switching element SW7 include the first switching element SW5, the third switching element SW7, the fifth switching element SW9, and the seventh switching element SW11, and in the path from the terminal P3 to the terminal P4, It is arranged so that the directions of the currents flow when turned off (that is, the forward directions of the diodes D5 and D7 are opposite to each other).
制御回路７は、第１スイッチＳ５〜第８スイッチＳ１２をオン／オフすることによって、端子１５ａ，１５ｂにおける出力電圧または出力電流の少なくとも一方の振幅を制御する。詳しくは、後で説明する。
The
コイル２３は、二次側コンバータ回路１１の１つの出力端子と端子１５ａとの間に挿入される。コンデンサ２５は、二次側コンバータ回路１１の２つの出力端子にわたって接続される。コイル２３及びコンデンサ２５は、二次側コンバータ回路１１から出力された交流信号を平滑化するフィルタ回路を構成する。これにより、二次側コンバータ回路１１から出力された矩形波の交流信号が、パルス幅に応じた振幅を持つ正弦波状の交流信号に変換される。
The
電圧計７５は、一次側インバータ回路５の入力電圧（端子３ａ，３ｂにわたる電圧）を測定して制御回路７に通知する。電流計７７は、一次側インバータ回路５の入力電流を測定して制御回路７に通知する。
The
電圧計７１は、電力変換装置１の出力電圧（端子１５ａ，１５ｂにわたる電圧）を測定して制御回路７に通知する。電流計７３は、電力変換装置１の出力電流を測定して制御回路７に通知する。
The
制御回路７は、一次側インバータ回路５及び二次側コンバータ回路１１を制御する。
The
直流電源１７から商用電力系統２７に電力を供給するとき（売電）、または、商用電力系統２７から電力供給を受けて直流電源１７を充電するとき、端子１５ａ，１５ｂが商用電力系統２７に接続される。
When power is supplied from the
次に、電力変換装置１の動作を説明する。
Next, the operation of the
電力変換装置１は、直流電源１７から商用電力系統２７に電力を供給する電力供給モード（インバータモード）と、商用電力系統２７から直流電源１７に電力を回生する電力回生モード（コンバータモード）とのいずれかで動作する。
The
図２は、図１の電力変換装置１の第１の動作を示し、出力電圧及び出力電流が９０度の位相差を有する場合における出力電圧及び出力電流の波形を示す波形図である。図２は、端子１５ａ，１５ｂから出力される出力電圧Ｖｏｕｔ及び出力電流ｉｏの波形の一例を示す。
FIG. 2 is a waveform diagram showing a first operation of the
電力変換装置１は、端子１５ａ，１５ｂの間において、商用電力系統２７を介して電流が流れる向きと同じ向きに電圧降下が発生しているとき、すなわち、出力電圧Ｖｏｕｔと出力電流ｉｏとの極性が同じとき、電力供給モードで動作する。電力供給モードには、（１）で示す出力電圧Ｖｏｕｔと出力電流ｉｏとが正である場合と、（３）で示す出力電圧Ｖｏｕｔと出力電流ｉｏとが負である場合とがある。
In the
電力変換装置１は、端子１５ａ，１５ｂの間において、商用電力系統２７を介して電流が流れる向きと逆の向きに電圧降下が発生しているとき、すなわち、出力電圧Ｖｏｕｔと出力電流ｉｏとの極性が異なるとき、電力回生モードで動作する。電力回生モードには、（２）で示す出力電圧Ｖｏｕｔが負であり、出力電流ｉｏが正である場合と、（４）で示す出力電圧Ｖｏｕｔが正であり、出力電流ｉｏが負である場合とがある。
The
図３は、図１の電力変換装置１の第２の動作を示し、出力電圧及び出力電流が０度の位相差を有する場合における出力電圧及び出力電流の波形を示す波形図である。図４は、図１の電力変換装置１の第３の動作を示し、出力電圧及び出力電流が１８０度の位相差を有する場合における出力電圧及び出力電流の波形を示す波形図である。図２のように出力電圧Ｖｏｕｔ及び出力電流ｉｏが９０度の位相差を有する場合、電力供給モード及び電力回生モードが交互に発生する。これに対して、図３に示すように、出力電圧Ｖｏｕｔ及び出力電流ｉｏが０度の位相差を有する場合（すなわち、力率が１である場合）、電力回生モードは存在せず、電力供給モードのみとなる。また、図４に示すように、出力電圧Ｖｏｕｔ及び出力電流ｉｏが１８０度の位相差を有する場合（すなわち、力率が０である場合）、電力供給モードは存在せず、電力回生モードのみとなる。
FIG. 3 is a waveform diagram showing a second operation of the
なお、図２は遅れ力率の場合を示しているが、進み力率の場合も同様に、電力供給モード及び電力回生モードが発生する。 Although FIG. 2 shows the case of the delayed power factor, the power supply mode and the power regeneration mode similarly occur in the case of the advanced power factor.
なお、以後の説明では、電力変換装置１の出力電圧Ｖｏｕｔと、二次側コンバータ回路１１の出力電圧Ｖｏを参照して説明する。
In the following description, the output voltage Vout of the
図５は、図２の電力供給モード（１）における電力変換装置１の動作を示すタイミングチャートである。図５は、出力電圧Ｖｏｕｔと出力電流ｉｏとが正であり、電力変換装置１が電力供給モードで動作する場合を示す。
FIG. 5 is a timing chart showing the operation of the
一次側駆動信号は、制御回路７から一次側インバータ回路５のスイッチＳ１〜Ｓ４にそれぞれ印加される制御信号である。スイッチＳ１〜Ｓ４は、一次側駆動信号がハイレベルであるときオンになり、ローレベルであるときオフになる。以下の説明では、一次側駆動信号のデューティ比は固定であると仮定するが、可変であってもよい。トランス電圧Ｖ１は、二次巻線２１の端子Ｐ３，Ｐ４にわたる電圧である。一次巻線１９の端子Ｐ１，Ｐ２にわたる電圧の波形は、二次巻線２１の端子Ｐ３，Ｐ４にわたる電圧の波形と同様であるので、図示を省略する。トランス電流ｉ１は、二次巻線２１に流れる電流である。一次巻線１９に流れる電流の波形は、二次巻線２１に流れる電流の波形と同様であるので、図示を省略する。二次側駆動信号は、制御回路７から二次側コンバータ回路１１の第１スイッチＳ５〜第８スイッチＳ１２にそれぞれ印加される制御信号である。第１スイッチＳ５〜第８スイッチＳ１２は、二次側駆動信号がハイレベルであるときオンになり、ローレベルであるときオフになる。出力電圧Ｖｏは、二次側コンバータ回路１１の出力電圧である。
The primary side drive signal is a control signal applied from the
電力供給モード及び電力回生モードにおいて、制御回路７は、一次側インバータ回路５の各スイッチＳ１〜Ｓ４を約５０パーセントのデューティ比でオン／オフする。これにより、一次側インバータ回路５は、常時、互いにほぼ等しい時間長かつ互いにほぼ等しい振幅を有する正電圧の期間及び負電圧の期間を含む矩形波の交流信号を発生する。制御回路７は、一次側インバータ回路５の動作と同期させて、二次側コンバータ回路１１を制御することにより、出力電圧Ｖｏｕｔの振幅を制御する（言い換えれば、出力電圧Ｖｏの波形を成形する）。
In the power supply mode and the power regeneration mode, the
図５において、トランス電流ｉ１は、直流電源１７から商用電力系統２７に電力を供給するための電流である。
In FIG. 5, the transformer current i1 is a current for supplying power from the
図５を参照すると、制御回路７は、トランス電圧Ｖ１が正になる期間において、第１スイッチＳ５を可変な時間長でオンし、少なくとも第１スイッチＳ５をオンしている時間にわたって第５スイッチＳ９をオンする。また制御回路７は、第１スイッチＳ５をオンする時間長の増減に応じて第５スイッチＳ９をオンする時間長を増減する。少なくとも第１スイッチＳ５をオンしている時間にわたって第５スイッチＳ９をオンすることにより、端子Ｐ３から端子１５ａへの電流は、ダイオードＤ９ではなく第５スイッチＳ９を流れる。これにより、電流がダイオードＤ９を流れる場合よりも損失が低減される。
Referring to FIG. 5, the
図５を参照すると、制御回路７は、トランス電圧Ｖ１が正になる期間において、第１スイッチＳ５及び第７スイッチＳ１１の一方のみをオンし、第１スイッチＳ５をオンする時間長の増減に応じて第７スイッチＳ１１をオフする時間長を増減する。これにより、端子Ｐ３及びＰ４が第７スイッチＳ１１を介して短絡されることを防止することができる。
Referring to FIG. 5, the
図９は、図１の二次側コンバータ回路１１における第１の電流経路を示す図である。図５の動作によれば、トランス電圧Ｖ１が正になる期間において、第３スイッチＳ７、第４スイッチＳ８、第５スイッチＳ９、及び第８スイッチＳ１２がオンされ、第２スイッチＳ６、第６スイッチＳ１０、及び第７スイッチＳ１１がオフされているとき、第１スイッチＳ５がオンされる。このとき、トランス電流ｉ１は、端子Ｐ３から第５スイッチＳ９、第１スイッチＳ５、商用電力系統２７、第８スイッチＳ１２、及び第４スイッチＳ８を介して端子Ｐ４に流れる。
FIG. 9 is a diagram showing a first current path in the
図５を参照すると、制御回路７は、トランス電圧Ｖ１が負になる期間において、第２スイッチＳ６を可変な時間長でオンし、少なくとも第２スイッチＳ６をオンしている時間にわたって第６スイッチＳ１０をオンし、第２スイッチＳ６をオンする時間長の増減に応じて第６スイッチＳ１０をオンする時間長を増減する。少なくとも第２スイッチＳ６をオンしている時間にわたって第６スイッチＳ１０をオンすることにより、端子１５ｂから端子Ｐ３への電流は、ダイオードＤ１０ではなく第６スイッチＳ１０を流れる。これにより、電流がダイオードＤ１０を流れる場合よりも損失が低減される。
Referring to FIG. 5, the
図５を参照すると、制御回路７は、トランス電圧Ｖ１が負になる期間において、第２スイッチＳ６及び第８スイッチＳ１２の一方のみをオンし、第２スイッチＳ６をオンする時間長の増減に応じて第８スイッチＳ１２をオフする時間長を増減する。これにより、端子Ｐ４及びＰ３が第８スイッチＳ１２を介して短絡されることを防止することができる。
Referring to FIG. 5, the
図１０は、図１の二次側コンバータ回路１１における第２の電流経路を示す図である。図５の動作によれば、トランス電圧Ｖ１が負になる期間において、第３スイッチＳ７、第４スイッチＳ８、第６スイッチＳ１０、及び第７スイッチＳ１１がオンされ、第１スイッチＳ５、第５スイッチＳ９、及び第８スイッチＳ１２がオフされているとき、第２スイッチＳ６がオンされる。このとき、トランス電流ｉ１は、端子Ｐ４から第７スイッチＳ１１、第３スイッチＳ７、商用電力系統２７、第６スイッチＳ１０、及び第２スイッチＳ６を介して端子Ｐ３に流れる。
FIG. 10 is a diagram showing a second current path in the
図５を参照すると、制御回路７は、トランス電圧Ｖ１の周期全体にわたって、第３スイッチＳ７及び第４スイッチＳ８を常にオンする。これにより、第１スイッチＳ５及び第２スイッチＳ６の両方がオフされているとき、端子１５ｂから第４スイッチＳ８及び第３スイッチＳ７を介して端子１５ａに向かう循環電流を発生させることができる。
Referring to FIG. 5, the
図１１は、図１の二次側コンバータ回路１１における第３の電流経路を示す図である。図５の動作によれば、第３スイッチＳ７及び第４スイッチＳ８は常にオンされている。従って、第１スイッチＳ５及び第２スイッチＳ６の両方がオフされているとき、商用電力系統２７からダイオードＤ１２、第４スイッチＳ８、ダイオードＤ１１、及び第３スイッチＳ７を介して商用電力系統２７に戻る循環電流が発生する。第７スイッチＳ１１がオンされているとき、循環電流はダイオードＤ１１に代えて第７スイッチＳ１１を流れ、第８スイッチＳ１２がオンされているとき、循環電流はダイオードＤ１２に代えて第８スイッチＳ１２を流れる。これにより、電流がダイオードＤ１１，Ｄ１２を流れる場合よりも損失が低減される。
FIG. 11 is a diagram showing a third current path in the
図５を参照すると、制御回路７は、トランス電圧Ｖ１の周期全体にわたって、第５スイッチＳ９及び第７スイッチＳ１１の少なくとも一方をオンし、第６スイッチＳ１０及び第８スイッチＳ１２の少なくとも一方をオンする。商用電力系統２７の不測の故障等に起因して、出力電流ｉｏの向きとは逆の方向に流れる戻り電流が発生することがある。上述のスイッチングによれば、端子１５ａから二次側コンバータ回路１１に向かって流れる戻り電流を、二次巻線２１を経由してから端子１５ｂに向かう回生電流として処理するか、二次巻線２１を経由せずに端子１５ｂに向かう循環電流として処理することができる。
Referring to FIG. 5, the
図１２は、図１の二次側コンバータ回路１１における第４の電流経路を示す図である。図５の動作によれば、トランス電圧Ｖ１が正になる期間において、第５スイッチＳ９及び第８スイッチＳ１２がオンされ、第６スイッチＳ１０及び第７スイッチＳ１１がオフされているとき、戻り電流は回生電流として流れる。すなわち、戻り電流は、端子１５ａからダイオードＤ５、第５スイッチＳ９、二次巻線２１、ダイオードＤ８、及び第８スイッチＳ１２を介して端子１５ｂに流れる。戻り電流は、トランス９及び一次側インバータ回路５を介して直流電源１７に回生される。第２スイッチＳ６及び第３スイッチＳ７のオン／オフは、この戻り電流に影響しない。第１スイッチＳ５がオンされているとき、戻り電流はダイオードＤ５に代えて第１スイッチＳ５を流れ、第４スイッチＳ８がオンされているとき、戻り電流はダイオードＤ８に代えて第４スイッチＳ８を流れる。これにより、電流がダイオードＤ５，Ｄ８を流れる場合よりも損失が低減される。
FIG. 12 is a diagram showing a fourth current path in the
図１３は、図１の二次側コンバータ回路１１における第５の電流経路を示す図である。図５の動作によれば、トランス電圧Ｖ１が負になる期間において、第６スイッチＳ１０及び第７スイッチＳ１１がオンされ、第５スイッチＳ９及び第８スイッチＳ１２がオフされているとき、戻り電流は回生電流として流れる。すなわち、戻り電流は、端子１５ａからダイオードＤ７、第７スイッチＳ１１、二次巻線２１、ダイオードＤ６、及び第６スイッチＳ１０を介して端子１５ｂに流れる。戻り電流は、トランス９及び一次側インバータ回路５を介して直流電源１７に回生される。第１スイッチＳ５及び第４スイッチＳ８のオン／オフは、この戻り電流に影響しない。第２スイッチＳ６がオンされているとき、戻り電流はダイオードＤ６に代えて第２スイッチＳ６を流れ、第３スイッチＳ７がオンされているとき、戻り電流はダイオードＤ７に代えて第３スイッチＳ７を流れる。これにより、電流がダイオードＤ６，Ｄ７を流れる場合よりも損失が低減される。
FIG. 13 is a diagram showing a fifth current path in the
図１４は、図１の二次側コンバータ回路１１における第６の電流経路を示す図である。図５の動作によれば、第５スイッチＳ９及び第６スイッチＳ１０の少なくとも一方がオフされ、かつ、第７スイッチＳ１１及び第８スイッチＳ１２の両方がオンされているとき、戻り電流は循環電流として流れる。すなわち、戻り電流は、商用電力系統２７からダイオードＤ７、第７スイッチＳ１１、ダイオードＤ８、及び第８スイッチＳ１２を介して商用電力系統２７に流れる。第３スイッチＳ７がオンされているとき、循環電流はダイオードＤ７に代えて第３スイッチＳ７を流れ、第４スイッチＳ８がオンされているとき、循環電流はダイオードＤ８に代えて第４スイッチＳ８を流れる。これにより、電流がダイオードＤ７，Ｄ８を流れる場合よりも損失が低減される。
FIG. 14 is a diagram showing a sixth current path in secondary
図６は、図２の電力供給モード（３）における電力変換装置１の動作を示すタイミングチャートである。図６は、出力電圧Ｖｏｕｔと出力電流ｉｏとが負であり、電力変換装置１が電力供給モードで動作する場合を示す。
FIG. 6 is a timing chart showing the operation of the
図６において、トランス電流ｉ１は、直流電源１７から商用電力系統２７に電力を供給するための電流である。
In FIG. 6, the transformer current i1 is a current for supplying electric power from the
図６を参照すると、制御回路７は、トランス電圧Ｖ１が正になる第１の期間において、第６スイッチＳ１０を可変な時間長でオンし、少なくとも第６スイッチＳ１０をオンしている時間にわたって第２スイッチＳ６をオンし、第６スイッチＳ１０をオンする時間長の増減に応じて第２スイッチＳ６をオンする時間長を増減する。少なくとも第６スイッチＳ１０をオンしている時間にわたって第２スイッチＳ６をオンすることにより、端子Ｐ３から端子１５ｂへの電流は、ダイオードＤ６ではなく第２スイッチＳ６を流れる。これにより、電流がダイオードＤ６を流れる場合よりも損失が低減される。
Referring to FIG. 6, the
図６を参照すると、制御回路７は、トランス電圧Ｖ１が正になる期間において、第４スイッチＳ８及び第６スイッチＳ１０の一方のみをオンし、第６スイッチＳ１０をオンする時間長の増減に応じて第４スイッチＳ８をオフする時間長を増減する。これにより、端子Ｐ３及びＰ４が第４スイッチＳ８を介して短絡されることを防止することができる。
Referring to FIG. 6, the
図６の動作によれば、トランス電圧Ｖ１が正になる期間において、第２スイッチＳ６、第３スイッチＳ７、第７スイッチＳ１１、及び第８スイッチＳ１２がオンされ、第１スイッチＳ５、第４スイッチＳ８、及び第５スイッチＳ９がオフされているとき、第６スイッチＳ１０がオンされる。このとき、トランス電流ｉ１は、端子Ｐ３から第２スイッチＳ６、第６スイッチＳ１０、商用電力系統２７、第３スイッチＳ７、及び第７スイッチＳ１１を介して端子Ｐ４に流れる。従って、トランス電流ｉ１は図１３の経路で流れる。
According to the operation of FIG. 6, during the period when the transformer voltage V1 becomes positive, the second switch S6, the third switch S7, the seventh switch S11, and the eighth switch S12 are turned on, and the first switch S5 and the fourth switch are turned on. When S8 and the fifth switch S9 are off, the sixth switch S10 is on. At this time, the transformer current i1 flows from the terminal P3 to the terminal P4 via the second switch S6, the sixth switch S10, the
図６を参照すると、制御回路７は、トランス電圧Ｖ１が負になる第２の期間において、第５スイッチＳ９を可変な時間長でオンし、少なくとも第５スイッチＳ９をオンしている時間にわたって第１スイッチＳ５をオンし、第５スイッチＳ９をオンする時間長の増減に応じて第１スイッチＳ５をオンする時間長を増減する。少なくとも第５スイッチＳ９をオンしている時間にわたって第１スイッチＳ５をオンすることにより、端子１５ｂから端子Ｐ３への電流は、ダイオードＤ５ではなく第１スイッチＳ５を流れる。これにより、電流がダイオードＤ５を流れる場合よりも損失が低減される。
Referring to FIG. 6, the
図６を参照すると、制御回路７は、トランス電圧Ｖ１の周期全体にわたって、第３スイッチＳ７及び第５スイッチＳ９の一方のみをオンし、第５スイッチＳ９をオンする時間長の増減に応じて第３スイッチＳ７をオフする時間長を増減する。これにより、端子Ｐ４及びＰ３が第３スイッチＳ７を介して短絡されることを防止することができる。
Referring to FIG. 6, the
図６の動作によれば、トランス電圧Ｖ１が負になる期間において、第１スイッチＳ５、第４スイッチＳ８、第７スイッチＳ１１、及び第８スイッチＳ１２がオンされ、第２スイッチＳ６、第３スイッチＳ７、及び第６スイッチＳ１０がオフされているとき、第５スイッチＳ９がオンされる。このとき、トランス電流ｉ１は、端子Ｐ４から第４スイッチＳ８、第８スイッチＳ１２、商用電力系統２７、第１スイッチＳ５、及び第５スイッチＳ９を介して端子Ｐ３に流れる。従って、トランス電流ｉ１は図１２の経路で流れる。
According to the operation of FIG. 6, during the period in which the transformer voltage V1 becomes negative, the first switch S5, the fourth switch S8, the seventh switch S11, and the eighth switch S12 are turned on, and the second switch S6 and the third switch are turned on. When S7 and the sixth switch S10 are turned off, the fifth switch S9 is turned on. At this time, the transformer current i1 flows from the terminal P4 to the terminal P3 via the fourth switch S8, the eighth switch S12, the
図６を参照すると、制御回路７は、トランス電圧Ｖ１の周期全体にわたって、第７スイッチＳ１１及び第８スイッチＳ１２を常にオンする。これにより、第５スイッチＳ９及び第６スイッチＳ１０の両方がオフされているとき、端子１５ａから第７スイッチＳ１１及び第８スイッチＳ１２を介して端子１５ｂに向かう循環電流を発生させることができる。
Referring to FIG. 6, the
図６の動作によれば、第７スイッチＳ１１及び第８スイッチＳ１２は常にオンされている。従って、第５スイッチＳ９及び第６スイッチＳ１０の両方がオフされているとき、商用電力系統２７からダイオードＤ７、第７スイッチＳ１１、ダイオードＤ８、及び第８スイッチＳ１２を介して商用電力系統２７に戻る循環電流が発生する。第３スイッチＳ７がオンされているとき、循環電流はダイオードＤ７に代えて第３スイッチＳ７を流れ、第４スイッチＳ８がオンされているとき、循環電流はダイオードＤ８に代えて第４スイッチＳ８を流れる。これにより、電流がダイオードＤ７，Ｄ８を流れる場合よりも損失が低減される。従って、循環電流は図１４の経路で流れる。
According to the operation of FIG. 6, the seventh switch S11 and the eighth switch S12 are always turned on. Therefore, when both the fifth switch S9 and the sixth switch S10 are turned off, the
図６を参照すると、制御回路７は、トランス電圧Ｖ１の周期全体にわたって、第２スイッチＳ６及び第４スイッチＳ８の少なくとも一方をオンし、第１スイッチＳ５及び第３スイッチＳ７の少なくとも一方をオンする。上述のスイッチングによれば、端子１５ｂから二次側コンバータ回路１１に向かって流れる戻り電流を、二次巻線２１を経由してから端子１５ａに向かう回生電流として処理するか、二次巻線２１を経由せずに端子１５ａに向かう循環電流として処理することができる。
Referring to FIG. 6, the
図６の動作によれば、トランス電圧Ｖ１が正になる期間において、第２スイッチＳ６及び第３スイッチＳ７がオンされ、第１スイッチＳ５及び第４スイッチＳ８がオフされているとき、戻り電流は回生電流として流れる。すなわち、戻り電流は、端子１５ｂからダイオードＤ１０、第２スイッチＳ６、二次巻線２１、ダイオードＤ１１、及び第３スイッチＳ７を介して端子１５ａに流れる。戻り電流は、トランス９及び一次側インバータ回路５を介して直流電源１７に回生される。第５スイッチＳ９及び第８スイッチＳ１２のオン／オフは、この戻り電流に影響しない。第６スイッチＳ１０がオンされているとき、戻り電流はダイオードＤ１０に代えて第６スイッチＳ１０を流れ、第７スイッチＳ１１がオンされているとき、戻り電流はダイオードＤ１１に代えて第７スイッチＳ１１を流れる。これにより、電流がダイオードＤ１０，Ｄ１１を流れる場合よりも損失が低減される。従って、戻り電流は図１０の経路で流れる。
According to the operation of FIG. 6, when the second switch S6 and the third switch S7 are turned on and the first switch S5 and the fourth switch S8 are turned off during the period when the transformer voltage V1 becomes positive, the return current is It flows as a regenerative current. That is, the return current flows from the terminal 15b to the terminal 15a via the diode D10, the second switch S6, the secondary winding 21, the diode D11, and the third switch S7. The return current is regenerated to the
図６の動作によれば、トランス電圧Ｖ１が負になる期間において、第１スイッチＳ５及び第４スイッチＳ８がオンされ、第２スイッチＳ６及び第３スイッチＳ７がオフされているとき、戻り電流は回生電流として流れる。すなわち、戻り電流は、端子１５ｂからダイオードＤ１２、第４スイッチＳ８、二次巻線２１、ダイオードＤ９、及び第１スイッチＳ５を介して端子１５ａに流れる。戻り電流は、トランス９及び一次側インバータ回路５を介して直流電源１７に回生される。第６スイッチＳ１０及び第７スイッチＳ１１のオン／オフは、この戻り電流に影響しない。第５スイッチＳ９がオンされているとき、戻り電流はダイオードＤ９に代えて第５スイッチＳ９を流れ、第８スイッチＳ１２がオンされているとき、戻り電流はダイオードＤ１２に代えて第８スイッチＳ１２を流れる。これにより、電流がダイオードＤ９，Ｄ１２を流れる場合よりも損失が低減される。従って、戻り電流は図９の経路で流れる。
According to the operation of FIG. 6, when the first switch S5 and the fourth switch S8 are turned on and the second switch S6 and the third switch S7 are turned off in the period in which the transformer voltage V1 becomes negative, the return current is It flows as a regenerative current. That is, the return current flows from the terminal 15b to the terminal 15a via the diode D12, the fourth switch S8, the secondary winding 21, the diode D9, and the first switch S5. The return current is regenerated to the
図６の動作によれば、第１スイッチＳ５及び第２スイッチＳ６の少なくとも一方がオフされ、かつ、第３スイッチＳ７及び第４スイッチＳ８の両方がオンされているとき、戻り電流は循環電流として流れる。すなわち、戻り電流は、商用電力系統２７からダイオードＤ１２、第４スイッチＳ８、ダイオードＤ１１、及び第３スイッチＳ７を介して商用電力系統２７に流れる。第７スイッチＳ１１がオンされているとき、循環電流はダイオードＤ１１に代えて第７スイッチＳ１１を流れ、第８スイッチＳ１２がオンされているとき、循環電流はダイオードＤ１２に代えて第８スイッチＳ１２を流れる。これにより、電流がダイオードＤ１１，Ｄ１２を流れる場合よりも損失が低減される。従って、戻り電流は図１１の経路で流れる。
According to the operation of FIG. 6, when at least one of the first switch S5 and the second switch S6 is turned off and both the third switch S7 and the fourth switch S8 are turned on, the return current is a circulating current. Flowing. That is, the return current flows from the
図７は、図２の電力回生モード（２）における電力変換装置１の動作を示すタイミングチャートである。図７は、出力電圧Ｖｏｕｔが負であり、出力電流ｉｏが正であり、電力変換装置１が電力回生モードで動作する場合を示す。
FIG. 7: is a timing chart which shows operation|movement of the
図７において、トランス電流ｉ１は、商用電力系統２７から直流電源１７に電力を回生するための電流である。
In FIG. 7, the transformer current i1 is a current for regenerating electric power from the
図７を参照すると、制御回路７は、トランス電圧Ｖ１が正になる第１の期間において、第４スイッチＳ８を可変な時間長でオフし、第４スイッチＳ８及び第６スイッチＳ１０の一方のみをオンし、第４スイッチＳ８をオフする時間長の増減に応じて第６スイッチＳ１０をオンする時間長を増減する。
Referring to FIG. 7, the
図７を参照すると、制御回路７は、トランス電圧Ｖ１が正になる期間において、少なくとも第４スイッチＳ８をオフしている時間にわたって第２スイッチＳ６をオンし、第４スイッチＳ８をオフする時間長の増減に応じて第２スイッチＳ６をオンする時間長を増減する。
Referring to FIG. 7, the
図７の動作によれば、トランス電圧Ｖ１が正になる期間において、第２スイッチＳ６、第３スイッチＳ７、第４スイッチＳ８、第７スイッチＳ１１、及び第８スイッチＳ１２がオンされ、第１スイッチＳ５及び第５スイッチＳ９がオフされているとき、第４スイッチＳ８がオフされる。このとき、トランス電流ｉ１は、端子１５ｂからダイオードＤ１０、第２スイッチＳ６、二次巻線２１、第７スイッチＳ１１、及び第３スイッチＳ７を介して端子１５ａに流れる。第６スイッチＳ１０がオンされているとき、電流はダイオードＤ１０に代えて第６スイッチＳ１０を流れる。これにより、電流がダイオードＤ１０を流れる場合よりも損失が低減される。従って、トランス電流ｉ１は図１０の経路で流れる。 According to the operation of FIG. 7, during the period when the transformer voltage V1 becomes positive, the second switch S6, the third switch S7, the fourth switch S8, the seventh switch S11, and the eighth switch S12 are turned on, and the first switch When S5 and the fifth switch S9 are turned off, the fourth switch S8 is turned off. At this time, the transformer current i1 flows from the terminal 15b to the terminal 15a through the diode D10, the second switch S6, the secondary winding 21, the seventh switch S11, and the third switch S7. When the sixth switch S10 is turned on, the current flows through the sixth switch S10 instead of the diode D10. This reduces the loss more than when the current flows through the diode D10. Therefore, the transformer current i1 flows through the path of FIG.
図７を参照すると、制御回路７は、トランス電圧Ｖ１が負になる第２の期間において、第３スイッチＳ７を可変な時間長でオフし、第３スイッチＳ７及び第５スイッチＳ９の一方のみをオンし、第３スイッチＳ７をオフする時間長の増減に応じて第５スイッチＳ９をオンする時間長を増減する。
Referring to FIG. 7, the
図７を参照すると、制御回路７は、トランス電圧Ｖ１が負になる期間において、少なくとも第３スイッチＳ７をオフしている時間にわたって第１スイッチＳ５をオンし、第３スイッチＳ７をオフする時間長の増減に応じて第１スイッチＳ５をオンする時間長を増減する。
Referring to FIG. 7, the
図７の動作によれば、トランス電圧Ｖ１が負になる期間において、第１スイッチＳ５、第３スイッチＳ７、第４スイッチＳ８、第７スイッチＳ１１、及び第８スイッチＳ１２がオンされ、第２スイッチＳ６及び第６スイッチＳ１０がオフされているとき、第３スイッチＳ７がオフされる。このとき、トランス電流ｉ１は、端子１５ｂから第８スイッチＳ１２、第４スイッチＳ８、二次巻線２１、ダイオードＤ９、及び第１スイッチＳ５を介して端子１５ａに流れる。第５スイッチＳ９がオンされているとき、電流はダイオードＤ９に代えて第５スイッチＳ９を流れる。これにより、電流がダイオードＤ９を流れる場合よりも損失が低減される。従って、トランス電流ｉ１は図９の経路で流れる。 According to the operation of FIG. 7, during the period in which the transformer voltage V1 becomes negative, the first switch S5, the third switch S7, the fourth switch S8, the seventh switch S11, and the eighth switch S12 are turned on, and the second switch S12 is turned on. When S6 and the sixth switch S10 are turned off, the third switch S7 is turned off. At this time, the transformer current i1 flows from the terminal 15b to the terminal 15a via the eighth switch S12, the fourth switch S8, the secondary winding 21, the diode D9, and the first switch S5. When the fifth switch S9 is turned on, the current flows through the fifth switch S9 instead of the diode D9. This reduces the loss more than when the current flows through the diode D9. Therefore, the transformer current i1 flows through the path shown in FIG.
図７を参照すると、制御回路７は、トランス電圧Ｖ１の周期全体にわたって、第７スイッチＳ１１及び第８スイッチＳ１２を常にオンする。
Referring to FIG. 7, the
図７の動作によれば、第７スイッチＳ１１及び第８スイッチＳ１２は常にオンされている。従って、第３スイッチＳ７および第４スイッチＳ８の両方がオンされ、かつ、第１スイッチＳ５及び第２スイッチＳ６の少なくとも一方がオフされているとき、商用電力系統２７から第８スイッチＳ１２、第４スイッチＳ８、第７スイッチＳ１１、及び第３スイッチＳ７を介して商用電力系統２７に戻る循環電流が発生する。第７スイッチＳ１１がオンされているので、循環電流はダイオードＤ１１ではなく第７スイッチＳ１１を流れ、第８スイッチＳ１２がオンされているので、循環電流はダイオードＤ１２ではなく第８スイッチＳ１２を流れる。これにより、電流がダイオードＤ１１，Ｄ１２を流れる場合よりも損失が低減される。従って、循環電流は図１１の経路で流れる。
According to the operation of FIG. 7, the seventh switch S11 and the eighth switch S12 are always turned on. Therefore, when both the third switch S7 and the fourth switch S8 are turned on and at least one of the first switch S5 and the second switch S6 is turned off, the
図７を参照すると、制御回路７は、トランス電圧Ｖ１の周期全体にわたって、第５スイッチＳ９及び第７スイッチＳ１１の少なくとも一方をオンし、第６スイッチＳ１０及び第８スイッチＳ１２の少なくとも一方をオンする。
Referring to FIG. 7, the
図７の動作によれば、トランス電圧Ｖ１が正になる期間において、第６スイッチＳ１０及び第７スイッチＳ１１がオンされ、第１スイッチＳ５及び第４スイッチＳ８がオフされているとき、戻り電流は力行電流（直流電源１７から商用電力系統２７に電力を供給するための電流）として流れる。すなわち、戻り電流は、端子１５ａからダイオードＤ７、第７スイッチＳ１１、二次巻線２１、ダイオードＤ６、及び第６スイッチＳ１０を介して端子１５ｂに流れる。戻り電流は、商用電力系統２７に供給される。第５スイッチＳ９及び第８スイッチＳ１２のオン／オフは、この戻り電流に影響しない。第２スイッチＳ６がオンされているとき、戻り電流はダイオードＤ６に代えて第２スイッチＳ６を流れ、第３スイッチＳ７がオンされているとき、戻り電流はダイオードＤ７に代えて第３スイッチＳ７を流れる。これにより、電流がダイオードＤ６，Ｄ７を流れる場合よりも損失が低減される。従って、戻り電流は図１３の経路で流れる。
According to the operation of FIG. 7, when the sixth switch S10 and the seventh switch S11 are turned on and the first switch S5 and the fourth switch S8 are turned off during the period when the transformer voltage V1 becomes positive, the return current is It flows as a power running current (current for supplying power from the
図７の動作によれば、トランス電圧Ｖ１が負になる期間において、第５スイッチＳ９及び第８スイッチＳ１２がオンされ、第２スイッチＳ６及び第３スイッチＳ７がオフされているとき、戻り電流は力行電流として流れる。すなわち、戻り電流は、端子１５ａからダイオードＤ５、第５スイッチＳ９、二次巻線２１、ダイオードＤ８、及び第８スイッチＳ１２を介して端子１５ｂに流れる。戻り電流は、商用電力系統２７に供給される。第６スイッチＳ１０及び第７スイッチＳ１１のオン／オフは、この戻り電流に影響しない。第１スイッチＳ５がオンされているとき、戻り電流はダイオードＤ５に代えて第１スイッチＳ５を流れ、第４スイッチＳ８がオンされているとき、戻り電流はダイオードＤ８に代えて第４スイッチＳ８を流れる。これにより、電流がダイオードＤ５，Ｄ８を流れる場合よりも損失が低減される。従って、回生電流は図１２の経路で流れる。
According to the operation of FIG. 7, when the fifth switch S9 and the eighth switch S12 are turned on and the second switch S6 and the third switch S7 are turned off during the period when the transformer voltage V1 becomes negative, the return current is It flows as a powering current. That is, the return current flows from the terminal 15a to the terminal 15b via the diode D5, the fifth switch S9, the secondary winding 21, the diode D8, and the eighth switch S12. The return current is supplied to the
図７の動作によれば、第５スイッチＳ９及び第６スイッチＳ１０の両方がオフされ、第７スイッチＳ１１及び第８スイッチＳ１２の両方がオンされているとき、戻り電流は循環電流として流れる。すなわち、戻り電流は、商用電力系統２７からダイオードＤ７、第７スイッチＳ１１、ダイオードＤ８、及び第８スイッチＳ１２を介して商用電力系統２７に流れる。第３スイッチＳ７がオンされているとき、循環電流はダイオードＤ７に代えて第３スイッチＳ７を流れ、第４スイッチＳ８がオンされているとき、循環電流はダイオードＤ８に代えて第４スイッチＳ８を流れる。これにより、電流がダイオードＤ７，Ｄ８を流れる場合よりも損失が低減される。従って、循環電流は図１４の経路で流れる。
According to the operation of FIG. 7, when both the fifth switch S9 and the sixth switch S10 are turned off and both the seventh switch S11 and the eighth switch S12 are turned on, the return current flows as a circulating current. That is, the return current flows from the
図８は、図２の電力回生モード（４）における電力変換装置１の動作を示すタイミングチャートである。図８は、出力電圧Ｖｏｕｔが正であり、出力電流ｉｏが負であり、電力変換装置１が電力回生モードで動作する場合を示す。
FIG. 8 is a timing chart showing the operation of the
図８において、トランス電流ｉ１は、商用電力系統２７から直流電源１７に電力を回生するための電流である。
In FIG. 8, the transformer current i1 is a current for regenerating electric power from the
図８を参照すると、制御回路７は、トランス電圧Ｖ１が正になる第１の期間において、第７スイッチＳ１１を可変な時間長でオフし、第１スイッチＳ５及び第７スイッチＳ１１の一方のみをオンし、第７スイッチＳ１１をオフする時間長の増減に応じて第１スイッチＳ５をオンする時間長を増減する。
Referring to FIG. 8, the
図８を参照すると、制御回路７は、トランス電圧Ｖ１が正になる期間において、少なくとも第７スイッチＳ１１をオフしている時間にわたって第５スイッチＳ９をオンし、第７スイッチＳ１１をオフする時間長の増減に応じて第５スイッチＳ９をオンする時間長を増減する。
Referring to FIG. 8, the
図８の動作によれば、トランス電圧Ｖ１が正になる期間において、第３スイッチＳ７、第４スイッチＳ８、第５スイッチＳ９、第７スイッチＳ１１、及び第８スイッチＳ１２がオンされ、第２スイッチＳ６及び第６スイッチＳ１０がオフされているとき、第７スイッチＳ１１がオフされる。このとき、トランス電流ｉ１は、端子１５ａからダイオードＤ５、第５スイッチＳ９、二次巻線２１、第４スイッチＳ８、第８スイッチＳ１２を介して端子１５ｂに流れる。第１スイッチＳ５がオンされているとき、電流はダイオードＤ５に代えて第１スイッチＳ５を流れる。これにより、電流がダイオードＤ５を流れる場合よりも損失が低減される。従って、トランス電流ｉ１は図１２の経路で流れる。 According to the operation of FIG. 8, during the period when the transformer voltage V1 becomes positive, the third switch S7, the fourth switch S8, the fifth switch S9, the seventh switch S11, and the eighth switch S12 are turned on and the second switch S7 is turned on. When S6 and the sixth switch S10 are off, the seventh switch S11 is off. At this time, the transformer current i1 flows from the terminal 15a to the terminal 15b via the diode D5, the fifth switch S9, the secondary winding 21, the fourth switch S8, and the eighth switch S12. When the first switch S5 is turned on, the current flows through the first switch S5 instead of the diode D5. This reduces the loss more than when the current flows through the diode D5. Therefore, the transformer current i1 flows through the path of FIG.
図８を参照すると、制御回路７は、トランス電圧Ｖ１が負になる第２の期間において、第８スイッチＳ１２を可変な時間長でオフし、第２スイッチＳ６及び第８スイッチＳ１２の一方のみをオンし、第８スイッチＳ１２をオフする時間長の増減に応じて第２スイッチＳ６をオンする時間長を増減する。
Referring to FIG. 8, the
図８を参照すると、制御回路７は、トランス電圧Ｖ１が負になる期間において、少なくとも第８スイッチＳ１２をオフしている時間にわたって第６スイッチＳ１０をオンし、第８スイッチＳ１２をオフする時間長の増減に応じて第６スイッチＳ１０をオンする時間長を増減する。
Referring to FIG. 8, the
図８の動作によれば、トランス電圧Ｖ１が負になる期間において、第３スイッチＳ７、第４スイッチＳ８、第６スイッチＳ１０、第７スイッチＳ１１、及び第８スイッチＳ１２がオンされ、第１スイッチＳ５及び第５スイッチＳ９がオフされているとき、第８スイッチＳ１２がオフされる。このとき、トランス電流ｉ１は、端子１５ａから第３スイッチＳ７、第７スイッチＳ１１、二次巻線２１、ダイオードＤ６、第６スイッチＳ１０を介して端子１５ｂに流れる。第２スイッチＳ６がオンされているとき、電流はダイオードＤ６に代えて第２スイッチＳ６を流れる。これにより、電流がダイオードＤ６を流れる場合よりも損失が低減される。従って、トランス電流ｉ１は図１３の経路で流れる。 According to the operation of FIG. 8, during the period when the transformer voltage V1 becomes negative, the third switch S7, the fourth switch S8, the sixth switch S10, the seventh switch S11, and the eighth switch S12 are turned on and the first switch S7 is turned on. When S5 and the fifth switch S9 are turned off, the eighth switch S12 is turned off. At this time, the transformer current i1 flows from the terminal 15a to the terminal 15b through the third switch S7, the seventh switch S11, the secondary winding 21, the diode D6, and the sixth switch S10. When the second switch S6 is turned on, the current flows through the second switch S6 instead of the diode D6. This reduces the loss more than when the current flows through the diode D6. Therefore, the transformer current i1 flows through the path shown in FIG.
図８を参照すると、制御回路７は、トランス電圧Ｖ１の周期全体にわたって、第３スイッチＳ７及び第４スイッチＳ８を常にオンする。
Referring to FIG. 8, the
図８の動作によれば、第３スイッチＳ７及び第４スイッチＳ８は常にオンされている。従って、第７スイッチＳ１１および第８スイッチＳ１２の両方がオンされ、かつ、第５スイッチＳ９及び第６スイッチＳ１０の少なくとも一方がオフされているとき、商用電力系統２７から第３スイッチＳ７、第７スイッチＳ１１、第４スイッチＳ８、及び第８スイッチＳ１２を介して商用電力系統２７に戻る循環電流が発生する。第３スイッチＳ７がオンされているので、循環電流はダイオードＤ７ではなく第３スイッチＳ７を流れ、第４スイッチＳ８がオンされているので、循環電流はダイオードＤ８ではなく第４スイッチＳ８を流れる。これにより、電流がダイオードＤ７，Ｄ８を流れる場合よりも損失が低減される。従って、循環電流は図１４の経路で流れる。
According to the operation of FIG. 8, the third switch S7 and the fourth switch S8 are always turned on. Therefore, when both the seventh switch S11 and the eighth switch S12 are turned on and at least one of the fifth switch S9 and the sixth switch S10 is turned off, the
図８を参照すると、制御回路７は、トランス電圧Ｖ１の周期全体にわたって、第１スイッチＳ５及び第３スイッチＳ７の少なくとも一方をオンし、第２スイッチＳ６及び第４スイッチＳ８の少なくとも一方をオンする。
Referring to FIG. 8, the
図８の動作によれば、トランス電圧Ｖ１が正になる期間において、第１スイッチＳ５及び第４スイッチＳ８がオンされ、第６スイッチＳ１０及び第７スイッチＳ１１がオフされているとき、戻り電流は力行電流（直流電源１７から商用電力系統２７に電力を供給するための電流）として流れる。すなわち、戻り電流は、端子１５ｂからダイオードＤ１２、第４スイッチＳ８、二次巻線２１、ダイオードＤ９、及び第１スイッチＳ５を介して端子１５ａに流れる。戻り電流は、商用電力系統２７に供給される。第２スイッチＳ６及び第３スイッチＳ７のオン／オフは、この戻り電流に影響しない。第５スイッチＳ９がオンされているとき、戻り電流はダイオードＤ９に代えて第１スイッチＳ９を流れ、第８スイッチＳ１２がオンされているとき、戻り電流はダイオードＤ１２に代えて第８スイッチＳ１２を流れる。これにより、電流がダイオードＤ９，Ｄ１２を流れる場合よりも損失が低減される。従って、戻り電流は図９の経路で流れる。
According to the operation of FIG. 8, when the first switch S5 and the fourth switch S8 are turned on and the sixth switch S10 and the seventh switch S11 are turned off during the period when the transformer voltage V1 becomes positive, the return current is It flows as a power running current (current for supplying power from the
図８の動作によれば、トランス電圧Ｖ１が負になる期間において、第２スイッチＳ６及び第３スイッチＳ７がオンされ、第５スイッチＳ９及び第８スイッチＳ１２がオフされているとき、戻り電流は力行電流として流れる。すなわち、戻り電流は、端子１５ｂからダイオードＤ１０、第２スイッチＳ６、二次巻線２１、ダイオードＤ１１、及び第３スイッチＳ７を介して端子１５ａに流れる。戻り電流は、商用電力系統２７に供給される。第１スイッチＳ５及び第４スイッチＳ８のオン／オフは、この戻り電流に影響しない。第６スイッチＳ１０がオンされているとき、戻り電流はダイオードＤ１０に代えて第６スイッチＳ１０を流れ、第７スイッチＳ１１がオンされているとき、戻り電流はダイオードＤ１１に代えて第７スイッチＳ１１を流れる。これにより、電流がダイオードＤ１０，Ｄ１１を流れる場合よりも損失が低減される。従って、戻り電流は図１０の経路で流れる。
According to the operation of FIG. 8, when the second switch S6 and the third switch S7 are turned on and the fifth switch S9 and the eighth switch S12 are turned off during the period when the transformer voltage V1 becomes negative, the return current is It flows as a powering current. That is, the return current flows from the terminal 15b to the terminal 15a via the diode D10, the second switch S6, the secondary winding 21, the diode D11, and the third switch S7. The return current is supplied to the
図８の動作によれば、第１スイッチＳ５及び第２スイッチＳ６の両方がオフされ、第３スイッチＳ７及び第４スイッチＳ８の両方がオンされているとき、戻り電流は循環電流として流れる。すなわち、戻り電流は、商用電力系統２７からダイオードＤ１２、第４スイッチＳ８、ダイオードＤ１１、及び第３スイッチＳ７を介して商用電力系統２７に流れる。第７スイッチＳ１１がオンされているとき、循環電流はダイオードＤ１１に代えて第７スイッチＳ１１を流れ、第８スイッチＳ１２がオンされているとき、循環電流はダイオードＤ１２に代えて第８スイッチＳ１２を流れる。これにより、電流がダイオードＤ１１，Ｄ１２を流れる場合よりも損失が低減される。従って、循環電流は図１１の経路で流れる。
According to the operation of FIG. 8, when both the first switch S5 and the second switch S6 are turned off and both the third switch S7 and the fourth switch S8 are turned on, the return current flows as a circulating current. That is, the return current flows from the
図５の動作及び図８の動作は実質的に同じである。図５及び図８によれば、トランス電流ｉ１がどちらの向きに流れる場合であっても、二次側コンバータ回路１１は、ほぼ同様に正の出力電圧Ｖｏを発生する。また、図６の動作及び図７の動作は実質的に同じである。図６及び図７によれば、トランス電流ｉ１がどちらの向きに流れる場合であっても、二次側コンバータ回路１１は、ほぼ同様に負の出力電圧Ｖｏを発生する。
The operation of FIG. 5 and the operation of FIG. 8 are substantially the same. According to FIGS. 5 and 8, whichever direction the transformer current i1 flows in, the
図５の動作において第１スイッチＳ５及び第２スイッチＳ６をオンする時間長の増減に応じて、電力変換装置１の出力電圧Ｖｏｕｔの振幅及び出力電流ｉｏの振幅も増減する。同様に、図６の動作において第６スイッチＳ１０及び第５スイッチＳ９をオンする時間長の増減に応じて、電力変換装置１の出力電圧Ｖｏｕｔの振幅及び出力電流ｉｏの振幅も増減する。
In the operation of FIG. 5, the amplitude of the output voltage Vout and the amplitude of the output current io of the
図７の動作において第３スイッチＳ７及び第４スイッチＳ８をオフする時間長の増減に応じて、商用電力系統２７から直流電源１７に回生される電力の電圧の振幅及び電流の振幅が増減する。同様に、図８の動作において第７スイッチＳ１１及び第８スイッチＳ１２をオフする時間長の増減に応じて、商用電力系統２７から直流電源１７に回生される電力の電圧の振幅及び電流の振幅が増減する。
In the operation of FIG. 7, the amplitude of the voltage and the amplitude of the current of the power regenerated from the
本実施形態に係る電力変換装置１によれば、同期整流方式を用いた二次側のインバータ回路を備えた電力変換装置であって、二次側のインバータ回路を従来よりも高効率である新規な駆動方法で動作させることができる。特に、二次側コンバータ回路１１において、ＭＯＳＦＥＴであるスイッチング素子ＳＷ５〜ＳＷ１２を備え、スイッチング素子ＳＷ５〜ＳＷ１２により同期整流を行うことにより、向上した電力変換効率を達成することができる。
The
本実施形態に係る電力変換装置１によれば、系統連系において発生することがある位相跳躍に対処することができる。また、本実施形態に係る電力変換装置１によれば、負荷が遮断されたときに発生する戻り電流を処理することができる。
According to the
特許文献１が示す系統連系インバータ装置によれば、一次側に電力が回生されない。従って、上記系統連系インバータ装置では、直流電源１７が蓄電池である場合、蓄電池を充電することができない。一方、本実施形態に係る電力変換装置１によれば、商用電力系統２７から直流電源１７に電力を回生できるので、直流電源１７が蓄電池である場合に蓄電池に充電することができる。本実施形態に係る電力変換装置１によれば、電力変換装置１に低力率負荷、モータ、整流負荷などが接続されている場合においても、電力変換装置１の自立運転動作が可能である。自立運転を実現するには、電力変換装置１は電圧制御を行なう必要がある。一般に、低力率負荷、モータ、整流負荷を電圧制御するとき、電流は供給方向に流れるか、回生方向に流れるかが不明確な状態となる。本実施形態に係る電力変換装置１によれば、図５〜図８に示すように、実質的に同一のシーケンスで電力の供給及び回生を行うことができるので、電流方向を考慮することなく電圧制御できるという利点がある。
According to the grid-connected inverter device disclosed in
また、本実施形態に係る電力変換装置１によれば、一次側インバータ回路５で生成された高周波電力を直流電力に変換することなく、二次側コンバータ回路１１によって、直接に、異なる周波数の交流電力に変換する。従って、低損失かつ小型軽量の電力変換装置１を実現することができる。
In addition, according to the
変形例．
以下、図１５〜図１８を参照して、本実施形態の変形例に係る電力変換装置について説明する。
Modified example.
Hereinafter, a power conversion device according to a modified example of the present embodiment will be described with reference to FIGS.
図１５は、実施形態の第１の変形例に係る電力変換装置１の部分を示す回路図である。図１５の電力変換装置は、図１の電力変換装置１の構成要素に加えて、一次側インバータ回路５と端子３ａ，３ｂとの間に挿入されたチョッパ回路８１をさらに備える。
FIG. 15: is a circuit diagram which shows the part of the
チョッパ回路８１は、電力供給モードにおいて昇圧動作し、電力回生モードにおいて降圧動作する昇降圧チョッパ回路である。制御回路７は、チョッパ回路８１及び二次側コンバータ回路１１を制御することにより、出力電圧Ｖｏｕｔまたは出力電流ｉｏの少なくとも一方の振幅を制御する。
The
図１５の電力変換装置によれば、チョッパ回路８１を備えることにより、電圧の変動幅の大きい直流電源１７が接続されたときにも柔軟に動作可能である。図１５の電力変換装置は、例えば、ＥＶ（ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ）バッテリー、太陽電池、燃料電池など、電圧の変動幅が大きい直流電源が接続される場合にも適用可能である。
According to the power conversion device of FIG. 15, by including the
図１６は、実施形態の第２の変形例に係る電力変換装置１の一次側インバータ回路５Ａを示す回路図である。電力変換装置１ｃの一次側インバータ回路５Ａは、コンデンサＣ１〜Ｃ４、励磁インダクタＬ１，Ｌ２、及び、電解コンデンサＣｅ１〜Ｃｅ４を備える。
FIG. 16: is a circuit diagram which shows 5 A of primary side inverter circuits of the
コンデンサＣ１〜Ｃ４はロスレススナバキャパシタである。コンデンサＣ１〜Ｃ４のそれぞれは、スイッチＳ１〜Ｓ４のうちの１つにおけるソース及びドレインにわたって接続されている。 The capacitors C1 to C4 are lossless snubber capacitors. Each of the capacitors C1 to C4 is connected across the source and drain of one of the switches S1 to S4.
電解コンデンサＣｅ１，Ｃｅ２は、端子３ａ，３ｂにわたって直列に接続されている。電解コンデンサＣｅ１，Ｃｅ２の間のノードと、スイッチＳ１，Ｓ２の間のノードとは、励磁インダクタＬ１を介して互いに接続されている。
The electrolytic capacitors Ce1 and Ce2 are connected in series across the
電解コンデンサＣｅ３，Ｃｅ４は、端子３ａ，３ｂにわたって直列に接続されている。電解コンデンサＣｅ３，Ｃｅ４の間のノードと、スイッチＳ３，Ｓ４の間のノードとは、励磁インダクタＬ２を介して互いに接続されている。
The electrolytic capacitors Ce3 and Ce4 are connected in series across the
一次側インバータ回路５Ａでは、コンデンサＣ１〜Ｃ４、励磁インダクタＬ１，Ｌ２、及び、電解コンデンサＣｅ１〜Ｃｅ４によってソフトスイッチングが実現される。これにより、スイッチＳ１〜Ｓ４を保護することができる。
In the primary
図１７は、実施形態の第３の変形例に係る電力変換装置１のトランス９を示す回路図である。図１７のトランス９は、端子Ｐ３及びＰ４にわたって接続されるコンデンサＣ２１をさらに備える。図１７の構成によれば、コンデンサＣ２１及びトランス９により、共振現象を発生させることができる。これにより、スイッチング素子に生じる電圧サージをより抑制することができる。
FIG. 17 is a circuit diagram showing the
図１８は、実施形態の第４の変形例に係る電力変換装置１の回路図である。電力変換装置１の端子１５ａ，１５ｂは、商用電力系統２７に代えて負荷２９に接続されてもよい。負荷２９は、力率１を有する抵抗負荷であってもよく、１未満の力率を有する誘導性負荷あるいは容量性負荷であってもよい。端子１５ａ及び１５ｂに負荷２９を接続したとき、電力変換装置１は、直流電源１７から負荷２９（例えば、家電製品）に電力を供給する。
FIG. 18 is a circuit diagram of the
図５〜図８の動作によれば、力率１の抵抗負荷に限らず、モータ及び整流器のような非線形負荷に電力を供給することができる。 According to the operations of FIGS. 5 to 8, it is possible to supply electric power to not only a resistive load having a power factor of 1 but also a nonlinear load such as a motor and a rectifier.
本開示に係る電力変換装置は、以下の構成を備えたことを特徴とする。 The power conversion device according to the present disclosure is characterized by having the following configuration.
［項目１］
直流電源に接続される第１及び第２の端子と、
商用電力系統又は負荷に接続される第３及び第４の端子と、
一次巻線及び第５及び第６の端子を有する二次巻線を備えるトランスと、
前記第１及び第２の端子と前記一次巻線との間に接続された一次側インバータ回路と、
前記第５及び第６の端子と前記第３及び第４の端子との間に接続された二次側コンバータ回路と、
制御回路とを備え、
前記二次側コンバータ回路は、ダイオード及び前記ダイオードに並列に接続されるスイッチを含む第１〜第８のスイッチング素子を備え、
前記第１及び第５のスイッチング素子は、それぞれの前記ダイオードの順方向が互いに逆になるように、前記第３及び第５の端子の間において互いに直列に接続され、
前記第２及び第６のスイッチング素子は、それぞれの前記ダイオードの順方向が互いに逆になるように、前記第４及び第５の端子の間において互いに直列に接続され、
前記第３及び第７のスイッチング素子は、それぞれの前記ダイオードの順方向が互いに逆になるように、前記第３及び第６の端子の間において互いに直列に接続され、
前記第４及び第８のスイッチング素子は、それぞれの前記ダイオードの順方向が互いに逆になるように、前記第４及び第６の端子の間において互いに直列に接続され、
前記第１及び第２のスイッチング素子は、それぞれの前記ダイオードの順方向が互いに同じになるように、前記第３及び第４の端子の間において互いに直列に配置され、
前記第３及び第４のスイッチング素子は、それぞれの前記ダイオードの順方向が互いに同じになるように、前記第３及び第４の端子の間において互いに直列に配置され、
前記第１及び第３のスイッチング素子は、それぞれの前記ダイオードの順方向が互いに逆になるように、前記第５及び第６の端子の間において互いに直列に配置接続され、
前記制御回路は、
前記第６の端子の電圧を基準にして第５の端子の電圧が第１の極性を有する第１の期間内において、第３の期間に前記第１のスイッチング素子をオンし、前記第３の期間よりも長く前記第３の期間を完全に含む第４の期間に前記第５のスイッチング素子をオンし、
前記第６の端子の電圧を基準にして第５の端子の電圧が前記第１の極性とは逆の第２の極性を有する第２の期間内において、第５の期間に前記第２のスイッチング素子をオンし、前記第５の期間よりも長く前記第５の期間を完全に含む第６の期間に前記第６のスイッチング素子をオンする、電力変換装置。
[Item 1]
First and second terminals connected to a DC power source,
Third and fourth terminals connected to the commercial power system or load,
A transformer comprising a primary winding and a secondary winding having fifth and sixth terminals;
A primary side inverter circuit connected between the first and second terminals and the primary winding;
A secondary converter circuit connected between the fifth and sixth terminals and the third and fourth terminals;
With a control circuit,
The secondary converter circuit includes a first to an eighth switching element including a diode and a switch connected in parallel to the diode,
The first and fifth switching elements are connected in series between the third and fifth terminals so that the forward directions of the respective diodes are opposite to each other,
The second and sixth switching elements are connected in series with each other between the fourth and fifth terminals such that the forward directions of the respective diodes are opposite to each other.
The third and seventh switching elements are connected in series with each other between the third and sixth terminals such that the forward directions of the respective diodes are opposite to each other.
The fourth and eighth switching elements are connected in series between the fourth and sixth terminals so that the forward directions of the respective diodes are opposite to each other,
The first and second switching elements are arranged in series between the third and fourth terminals such that the respective diodes have the same forward direction.
The third and fourth switching elements are arranged in series between the third and fourth terminals such that the forward directions of the respective diodes are the same.
The first and third switching elements are arranged and connected in series with each other between the fifth and sixth terminals such that the forward directions of the respective diodes are opposite to each other.
The control circuit is
Within the first period in which the voltage of the fifth terminal has the first polarity with reference to the voltage of the sixth terminal, the first switching element is turned on in the third period, and the third switching element is turned on. Turning on the fifth switching element during a fourth period longer than the period and completely including the third period,
Within the second period in which the voltage of the fifth terminal has the second polarity opposite to the first polarity with reference to the voltage of the sixth terminal, the second switching is performed in the fifth period. A power converter that turns on the element and turns on the sixth switching element during a sixth period that is longer than the fifth period and completely includes the fifth period.
［項目２］
前記制御回路は、
前記第３の期間の増減に応じて前記第４の期間を増減させ、
前記第５の期間の増減に応じて前記第６の期間を増減させる、項目１に記載の電力変換装置。
[Item 2]
The control circuit is
Increase or decrease the fourth period according to the increase or decrease of the third period,
［項目３］
前記制御回路は、
前記第１の期間内において、前記第３の期間より長く前記第３の期間を完全に含む第７の期間に前記第７のスイッチング素子をオフし、
前記第２の期間内において、前記第５の期間より長く前記第５の期間を完全に含む第８の期間に前記第８のスイッチング素子をオフする、項目１記載の電力変換装置。
[Item 3]
The control circuit is
Within the first period, the seventh switching element is turned off in a seventh period that is longer than the third period and completely includes the third period,
2. The power conversion device according to
［項目４］
前記第３の期間の増減に応じて前記７の期間を増減させ、
前記第５の期間の増減に応じて前記第８の期間を増減させる、項目３に記載の電力変換装置。
[Item 4]
Increase or decrease the period of 7 according to the increase or decrease of the third period,
［項目５］
前記制御回路は、前記第３及び第４のスイッチング素子を、前記第１及び第２の期間の両方において常にオンする、項目１〜４のうちの１つに記載の電力変換装置。
[Item 5]
The power conversion device according to any one of
［項目６］
前記第４の期間は、前記第７の期間よりも長く前記第７の期間を完全に含み、
前記第６の期間は、前記第８の期間よりも長く前記第８の期間を完全に含む、項目１〜５のうちの１つに記載の電力変換装置。
[Item 6]
The fourth period is longer than the seventh period and completely includes the seventh period;
The power conversion device according to any one of
［項目７］
直流電源に接続される第１及び第２の端子と、
商用電力系統又は負荷に接続される第３及び第４の端子と、
一次巻線及び第５及び第６の端子を有する二次巻線を備えるトランスと、
前記第１及び第２の端子と前記一次巻線との間に接続された一次側インバータ回路と、
前記第５及び第６の端子と前記第３及び第４の端子との間に接続された二次側コンバータ回路と、
制御回路とを備え、
前記二次側コンバータ回路は、ダイオード及び前記ダイオードに並列に接続されるスイッチを含む第１〜第８のスイッチング素子を備え、
前記第１及び第５のスイッチング素子は、それぞれの前記ダイオードの順方向が互いに逆になるように、前記第３及び第５の端子の間において互いに直列に接続され、
前記第２及び第６のスイッチング素子は、それぞれの前記ダイオードの順方向が互いに逆になるように、前記第４及び第５の端子の間において互いに直列に接続され、
前記第３及び第７のスイッチング素子は、それぞれの前記ダイオードの順方向が互いに逆になるように、前記第３及び第６の端子の間において互いに直列に接続され、
前記第４及び第８のスイッチング素子は、それぞれの前記ダイオードの順方向が互いに逆になるように、前記第４及び第６の端子の間において互いに直列に接続され、
前記第１及び第２のスイッチング素子は、それぞれの前記ダイオードの順方向が互いに同じになるように、前記第３及び第４の端子の間において互いに直列に配置され、
前記第３及び第４のスイッチング素子は、それぞれの前記ダイオードの順方向が互いに同じになるように、前記第３及び第４の端子の間において互いに直列に配置され、
前記第１及び第３のスイッチング素子は、それぞれの前記ダイオードの順方向が互いに逆になるように、前記第５及び第６の端子の間において互いに直列に配置接続され、
前記制御回路は、
前記第６の端子の電圧を基準にして第５の端子の電圧が第１の極性を有する第１の期間内において、第３の期間に前記第６のスイッチング素子をオンし、前記第３の期間よりも長く前記第３の期間を完全に含む第４の期間に前記第２のスイッチング素子をオンし、
前記第６の端子の電圧を基準にして第５の端子の電圧が前記第１の極性とは逆の第２の極性を有する第２の期間内において、第５の期間に前記第５のスイッチング素子をオンし、前記第５の期間よりも長く前記第５の期間を完全に含む第６の期間に前記第１のスイッチング素子をオンする、電力変換装置。
[Item 7]
First and second terminals connected to a DC power source,
Third and fourth terminals connected to the commercial power system or load,
A transformer comprising a primary winding and a secondary winding having fifth and sixth terminals;
A primary side inverter circuit connected between the first and second terminals and the primary winding;
A secondary converter circuit connected between the fifth and sixth terminals and the third and fourth terminals;
With a control circuit,
The secondary converter circuit includes a first to an eighth switching element including a diode and a switch connected in parallel to the diode,
The first and fifth switching elements are connected in series between the third and fifth terminals so that the forward directions of the respective diodes are opposite to each other,
The second and sixth switching elements are connected in series with each other between the fourth and fifth terminals such that the forward directions of the respective diodes are opposite to each other.
The third and seventh switching elements are connected in series with each other between the third and sixth terminals such that the forward directions of the respective diodes are opposite to each other.
The fourth and eighth switching elements are connected in series between the fourth and sixth terminals so that the forward directions of the respective diodes are opposite to each other,
The first and second switching elements are arranged in series between the third and fourth terminals such that the respective diodes have the same forward direction.
The third and fourth switching elements are arranged in series between the third and fourth terminals such that the forward directions of the respective diodes are the same.
The first and third switching elements are arranged and connected in series with each other between the fifth and sixth terminals such that the forward directions of the respective diodes are opposite to each other.
The control circuit is
Within the first period in which the voltage of the fifth terminal has the first polarity with reference to the voltage of the sixth terminal, the sixth switching element is turned on in the third period, and the third switching element is turned on. Turning on the second switching element for a fourth period longer than the period and completely including the third period,
In the second period in which the voltage of the fifth terminal has the second polarity opposite to the first polarity with reference to the voltage of the sixth terminal, the fifth switching is performed in the fifth period. An electric power converter which turns on an element and turns on the 1st switching element during a 6th period which is longer than the 5th period and completely includes the 5th period.
［項目８］
前記制御回路は、
前記第３の期間の増減に応じて前記第４の期間を増減させ、
前記第５の期間の増減に応じて前記第６の期間を増減させる、項目７に記載の電力変換装置。
[Item 8]
The control circuit is
Increase or decrease the fourth period according to the increase or decrease of the third period,
［項目９］
前記制御回路は、
前記第１の期間内において、前記第３の期間より長く前記第３の期間を完全に含む第７の期間に前記第４のスイッチング素子をオフし、
前記第２の期間内において、前記第５の期間より長く前記第５の期間を完全に含む第８の期間に前記第３のスイッチング素子をオフする、項目７記載の電力変換装置。
[Item 9]
The control circuit is
In the first period, the fourth switching element is turned off in a seventh period that is longer than the third period and completely includes the third period,
［項目１０］
前記第３の期間の増減に応じて前記７の期間を増減させ、
前記第５の期間の増減に応じて前記第８の期間を増減させる、項目９に記載の電力変換装置。
[Item 10]
Increase or decrease the period of 7 according to the increase or decrease of the third period,
［項目１１］
前記制御回路は、前記第７及び第８のスイッチング素子を、前記第１及び第２の期間の両方において常にオンする、項目７〜１０のうちの１つに記載の電力変換装置。
[Item 11]
The power converter according to one of
［項目１２］
前記第４の期間は、前記第７の期間よりも長く前記第７の期間を完全に含み、
前記第６の期間は、前記第８の期間よりも長く前記第８の期間に完全に含む、項目７〜１１のうちの１つに記載の電力変換装置。
[Item 12]
The fourth period is longer than the seventh period and completely includes the seventh period;
12. The power conversion device according to one of
［項目１３］
前記第１〜第８のスイッチング素子のそれぞれは、ボディダイオードを備えるＭＯＳＦＥＴである、項目１〜１２のうちの１つに記載の電力変換装置。
[Item 13]
The power conversion device according to any one of
［項目１４］
前記第１〜第８のスイッチング素子のそれぞれは、ＭＯＳＦＥＴ及びダイオードの組み合わせである、項目１〜１２のうちの１つに記載の電力変換装置。
[Item 14]
The power conversion device according to any one of
［項目１５］
前記第３及び第４の端子の間において、前記商用電力系統又は負荷を介して電流が流れる向きと同じ向きに電圧降下が発生しているとき、前記直流電源から前記商用電力系統又は負荷に電力を供給する電力供給モードで動作し、
前記第３及び第４の端子の間において、前記商用電力系統又は負荷を介して電流が流れる向きと逆の向きに電圧降下が発生しているとき、前記商用電力系統又は負荷から前記直流電源に電力を回生する電力回生モードで動作する、項目１〜１４のうちの１つに記載の電力変換装置。
[Item 15]
When a voltage drop occurs between the third and fourth terminals in the same direction as a current flows through the commercial power system or the load, the DC power source supplies power to the commercial power system or the load. Operating in the power supply mode,
When a voltage drop occurs between the third and fourth terminals in a direction opposite to a direction in which a current flows through the commercial power system or the load, the commercial power system or the load transfers to the DC power supply. The power conversion device according to any one of
［項目１６］
前記第１及び第２の端子と前記一次側インバータ回路との間に配置され、前記電力供給モードにおいて昇圧動作し、前記電力回生モードにおいて降圧動作するチョッパ回路をさらに備える、項目１５に記載の電力変換装置。
[Item 16]
Item 16. The electric power according to item 15, further comprising a chopper circuit that is arranged between the first and second terminals and the primary-side inverter circuit and that performs a step-up operation in the power supply mode and a step-down operation in the power regeneration mode. Converter.
［項目１７］
前記第５及び第６の端子の間に接続されるコンデンサをさらに備える、項目１〜１６のうちの１つに記載の電力変換装置。
[Item 17]
17. The power conversion device according to any one of
［項目１８］、
直流電源に接続される第１及び第２の端子と、商用電力系統又は負荷に接続される第３及び第４の端子とを有する電力変換装置において、
一次巻線及び二次巻線を備えるトランスと、
前記第１及び第２の端子と前記一次巻線との間に接続された一次側インバータ回路と、
前記二次巻線と前記第３及び第４の端子との間に接続された二次側コンバータ回路と、
前記一次側インバータ回路及び前記二次側コンバータ回路を制御する制御回路とを備え、
前記二次巻線は第５及び第６の端子を有し、
前記二次側コンバータ回路は、オフしたときに一方向に電流を流しかつオンしたときに双方向に電流を流す第１〜第８のスイッチング素子を備え、
前記第１及び第５のスイッチング素子は、オフしたときに電流が流れる方向が互いに逆になるように、前記第３及び第５の端子の間において互いに直列に接続され、
前記第２及び第６のスイッチング素子は、オフしたときに電流が流れる方向が互いに逆になるように、前記第４及び第５の端子の間において互いに直列に接続され、
前記第３及び第７のスイッチング素子は、オフしたときに電流が流れる方向が互いに逆になるように、前記第３及び第６の端子の間において互いに直列に接続され、
前記第４及び第８のスイッチング素子は、オフしたときに電流が流れる方向が互いに逆になるように、前記第４及び第６の端子の間において互いに直列に接続され、
前記第１及び第２のスイッチング素子は、前記第３の端子から前記第１、第２、第５、及び第６のスイッチング素子を含む回路を介して前記第４の端子に至る経路において、オフしたときに電流が流れる方向が互いに同じになるように配置され、
前記第３及び第４のスイッチング素子は、前記第３の端子から前記第３、第４、第７、及び第８のスイッチング素子を含む回路を介して前記第４の端子に至る経路において、オフしたときに電流が流れる方向が互いに同じになるように配置され、
前記第１及び第３のスイッチング素子は、前記第５の端子から前記第１、第３、第５、及び第７のスイッチング素子を含む回路を介して前記第６の端子に至る経路において、オフしたときに電流が流れる方向が互いに逆になるように配置され、
前記制御回路は、
前記第５及び第６の端子にわたる電圧が第１の極性を有する第１の期間において、前記第１のスイッチング素子を可変な時間長でオンし、少なくとも前記第１のスイッチング素子をオンしている時間にわたって前記第５のスイッチング素子をオンし、前記第１のスイッチング素子をオンする時間長の増減に応じて前記第５のスイッチング素子をオンする時間長を増減し、
前記第５及び第６の端子にわたる電圧が前記第１の極性とは逆の第２の極性を有する第２の期間において、前記第２のスイッチング素子を可変な時間長でオンし、少なくとも前記第２のスイッチング素子をオンしている時間にわたって前記第６のスイッチング素子をオンし、前記第２のスイッチング素子をオンする時間長の増減に応じて前記第６のスイッチング素子をオンする時間長を増減する、電力変換装置。
[Item 18],
In a power converter having first and second terminals connected to a DC power source and third and fourth terminals connected to a commercial power system or a load,
A transformer having a primary winding and a secondary winding,
A primary side inverter circuit connected between the first and second terminals and the primary winding;
A secondary converter circuit connected between the secondary winding and the third and fourth terminals;
A control circuit for controlling the primary side inverter circuit and the secondary side converter circuit,
The secondary winding has fifth and sixth terminals,
The secondary side converter circuit includes first to eighth switching elements that flow current in one direction when turned off and flow current in both directions when turned on,
The first and fifth switching elements are connected in series with each other between the third and fifth terminals so that currents flow in opposite directions when turned off.
The second and sixth switching elements are connected in series with each other between the fourth and fifth terminals so that currents flow in opposite directions when turned off.
The third and seventh switching elements are connected in series with each other between the third and sixth terminals so that the directions of currents flow when turned off.
The fourth and eighth switching elements are connected in series between the fourth and sixth terminals so that currents flow in opposite directions when turned off.
The first and second switching elements are turned off in a path from the third terminal to the fourth terminal through a circuit including the first, second, fifth, and sixth switching elements. Are arranged so that the current flows in the same direction when
The third and fourth switching elements are turned off in a path from the third terminal to the fourth terminal through a circuit including the third, fourth, seventh, and eighth switching elements. Are arranged so that the current flows in the same direction when
The first and third switching elements are turned off in a path from the fifth terminal to the sixth terminal through a circuit including the first, third, fifth, and seventh switching elements. Are arranged so that the directions of current flow are opposite to each other when
The control circuit is
During the first period in which the voltage across the fifth and sixth terminals has the first polarity, the first switching element is turned on for a variable time length, and at least the first switching element is turned on. Turning on the fifth switching element over time, increasing or decreasing the time length for turning on the fifth switching element in accordance with the increase or decrease in the time length for turning on the first switching element,
In the second period in which the voltage across the fifth and sixth terminals has the second polarity opposite to the first polarity, the second switching element is turned on for a variable time length, and at least the second switching element is turned on. The sixth switching element is turned on for the time period in which the second switching element is turned on, and the time length for turning on the sixth switching element is increased/decreased according to the increase/decrease in the time length for turning on the second switching element. Power converter.
［項目１９］
前記制御回路は、
前記第１の期間において、前記第１及び第７のスイッチング素子の一方のみをオンし、前記第１のスイッチング素子をオンする時間長の増減に応じて前記第７のスイッチング素子をオフする時間長を増減し、
前記第２の期間において、前記第２及び第８のスイッチング素子の一方のみをオンし、前記第２のスイッチング素子をオンする時間長の増減に応じて前記第８のスイッチング素子をオフする時間長を増減する、項目１８に記載の電力変換装置。
[Item 19]
The control circuit is
In the first period, only one of the first and seventh switching elements is turned on, and the time length in which the seventh switching element is turned off is increased or decreased according to the increase or decrease in the time length in which the first switching element is turned on. Increase or decrease
In the second period, only one of the second and eighth switching elements is turned on, and the time length in which the eighth switching element is turned off is increased or decreased according to the increase or decrease in the time length in which the second switching element is turned on. The power converter according to item 18, which increases or decreases.
［項目２０］
前記制御回路は、前記第３及び第４のスイッチング素子を、前記第１及び第２の期間の両方において常にオンする、項目１８または項目１９に記載の電力変換装置。
[Item 20]
20. The power conversion device according to item 18 or
［項目２１］
前記制御回路は、前記第１及び第２の期間の両方において、
前記第５及び第７のスイッチング素子の少なくとも一方をオンし、
前記第６及び第８のスイッチング素子の少なくとも一方をオンする、項目１８〜２０のうちの１つに記載の電力変換装置。
[Item 21]
The control circuit, in both the first and second periods,
Turning on at least one of the fifth and seventh switching elements;
21. The power conversion device according to any one of Items 18 to 20, which turns on at least one of the sixth and eighth switching elements.
［項目２２］
前記制御回路は、
前記第１の期間において、前記第１のスイッチング素子に代えて前記第６のスイッチング素子を可変な時間長でオンし、少なくとも前記第６のスイッチング素子をオンしている時間にわたって前記第２のスイッチング素子をオンし、前記第６のスイッチング素子をオンする時間長の増減に応じて前記第２のスイッチング素子をオンする時間長を増減し、
前記第２の期間において、前記第２のスイッチング素子に代えて前記第５のスイッチング素子を可変な時間長でオンし、少なくとも前記第５のスイッチング素子をオンしている時間にわたって前記第１のスイッチング素子をオンし、前記第５のスイッチング素子をオンする時間長の増減に応じて前記第１のスイッチング素子をオンする時間長を増減する、項目１８に記載の電力変換装置。
[Item 22]
The control circuit is
In the first period, the sixth switching element is turned on for a variable time length instead of the first switching element, and the second switching is performed for at least the time when the sixth switching element is turned on. Turning on the element and increasing or decreasing the time length for turning on the second switching element according to the increase or decrease in the time length for turning on the sixth switching element,
In the second period, the fifth switching element is turned on for a variable time length instead of the second switching element, and the first switching is performed for at least the time when the fifth switching element is turned on.
［項目２３］
前記制御回路は、
前記第１の期間において、前記第４及び第６のスイッチング素子の一方のみをオンし、前記第６のスイッチング素子をオンする時間長の増減に応じて前記第４のスイッチング素子をオフする時間長を増減し、
前記第２の期間において、前記第３及び第５のスイッチング素子の一方のみをオンし、前記第５のスイッチング素子をオンする時間長の増減に応じて前記第３のスイッチング素子をオフする時間長を増減する、項目２２に記載の電力変換装置。
[Item 23]
The control circuit is
In the first period, only one of the fourth and sixth switching elements is turned on, and the time length in which the fourth switching element is turned off is increased or decreased in accordance with increase or decrease in the time length in which the sixth switching element is turned on. Increase or decrease
In the second period, a time length in which only one of the third and fifth switching elements is turned on and the third switching element is turned off in accordance with an increase or decrease in the time length in which the fifth switching element is turned on.
［項目２４］
前記制御回路は、前記第７及び第８のスイッチング素子を、前記第１及び第２の期間の両方において常にオンする、項目２２または２３に記載の電力変換装置。
[Item 24]
24. The power conversion device according to
［項目２５］
前記制御回路は、前記第１及び第２の期間の両方において、
前記第２及び第４のスイッチング素子の少なくとも一方をオンし、
前記第１及び第３のスイッチング素子の少なくとも一方をオンする、項目２２〜２４のうちの１つに記載の電力変換装置。
[Item 25]
The control circuit, in both the first and second periods,
Turning on at least one of the second and fourth switching elements,
The power conversion device according to any one of Items 22 to 24, wherein at least one of the first and third switching elements is turned on.
［項目２６］
直流電源に接続される第１及び第２の端子と、商用電力系統又は負荷に接続される第３及び第４の端子とを有する電力変換装置において、
一次巻線及び二次巻線を備えるトランスと、
前記第１及び第２の端子と前記一次巻線との間に接続された一次側インバータ回路と、
前記二次巻線と前記第３及び第４の端子との間に接続された二次側コンバータ回路と、
前記一次側インバータ回路及び前記二次側コンバータ回路を制御する制御回路とを備え、
前記二次巻線は第５及び第６の端子を有し、
前記二次側コンバータ回路は、オフしたときに一方向に電流を流しかつオンしたときに双方向に電流を流す第１〜第８のスイッチング素子を備え、
前記第１及び第５のスイッチング素子は、オフしたときに電流が流れる方向が互いに逆になるように、前記第３及び第５の端子の間において互いに直列に接続され、
前記第２及び第６のスイッチング素子は、オフしたときに電流が流れる方向が互いに逆になるように、前記第４及び第５の端子の間において互いに直列に接続され、
前記第３及び第７のスイッチング素子は、オフしたときに電流が流れる方向が互いに逆になるように、前記第３及び第６の端子の間において互いに直列に接続され、
前記第４及び第８のスイッチング素子は、オフしたときに電流が流れる方向が互いに逆になるように、前記第４及び第６の端子の間において互いに直列に接続され、
前記第１及び第２のスイッチング素子は、前記第３の端子から前記第１、第２、第５、及び第６のスイッチング素子を含む回路を介して前記第４の端子に至る経路において、オフしたときに電流が流れる方向が互いに同じになるように配置され、
前記第３及び第４のスイッチング素子は、前記第３の端子から前記第３、第４、第７、及び第８のスイッチング素子を含む回路を介して前記第４の端子に至る経路において、オフしたときに電流が流れる方向が互いに同じになるように配置され、
前記第１及び第３のスイッチング素子は、前記第５の端子から前記第１、第３、第５、及び第７のスイッチング素子を含む回路を介して前記第６の端子に至る経路において、オフしたときに電流が流れる方向が互いに逆になるように配置され、
前記制御回路は、
前記第１及び第２の端子にわたる電圧が第１の極性を有する第１の期間において、前記第４のスイッチング素子を可変な時間長でオフし、前記第４及び第６のスイッチング素子の一方のみをオンし、前記第４のスイッチング素子をオフする時間長の増減に応じて前記第６のスイッチング素子をオンする時間長を増減し、
前記第１及び第２の端子にわたる電圧が前記第１の極性とは逆の第２の極性を有する第２の期間において、前記第３のスイッチング素子を可変な時間長でオフし、前記第３及び第５のスイッチング素子の一方のみをオンし、前記第３のスイッチング素子をオフする時間長の増減に応じて前記第５のスイッチング素子をオンする時間長を増減する、電力変換装置。
[Item 26]
In a power converter having first and second terminals connected to a DC power source and third and fourth terminals connected to a commercial power system or a load,
A transformer having a primary winding and a secondary winding,
A primary side inverter circuit connected between the first and second terminals and the primary winding;
A secondary converter circuit connected between the secondary winding and the third and fourth terminals;
A control circuit for controlling the primary side inverter circuit and the secondary side converter circuit,
The secondary winding has fifth and sixth terminals,
The secondary side converter circuit includes first to eighth switching elements that flow current in one direction when turned off and flow current in both directions when turned on,
The first and fifth switching elements are connected in series with each other between the third and fifth terminals so that currents flow in opposite directions when turned off.
The second and sixth switching elements are connected in series with each other between the fourth and fifth terminals so that currents flow in opposite directions when turned off.
The third and seventh switching elements are connected in series with each other between the third and sixth terminals so that the directions of currents flow when turned off.
The fourth and eighth switching elements are connected in series between the fourth and sixth terminals so that currents flow in opposite directions when turned off.
The first and second switching elements are turned off in a path from the third terminal to the fourth terminal through a circuit including the first, second, fifth, and sixth switching elements. Are arranged so that the current flows in the same direction when
The third and fourth switching elements are turned off in a path from the third terminal to the fourth terminal through a circuit including the third, fourth, seventh, and eighth switching elements. Are arranged so that the current flows in the same direction when
The first and third switching elements are off in a path from the fifth terminal to the sixth terminal through a circuit including the first, third, fifth, and seventh switching elements. Are arranged so that the directions of current flow are opposite to each other when
The control circuit is
In the first period in which the voltage across the first and second terminals has the first polarity, the fourth switching element is turned off for a variable time length, and only one of the fourth and sixth switching elements is turned on. Is turned on, and the time length of turning on the sixth switching element is increased or decreased according to the increase or decrease of the time length of turning off the fourth switching element,
In the second period in which the voltage across the first and second terminals has the second polarity opposite to the first polarity, the third switching element is turned off for a variable time length, and the third switching element is turned off. And a power converter that turns on only one of the fifth switching element and increases or decreases the time length for turning on the fifth switching element according to the increase or decrease in the time length for turning off the third switching element.
［項目２７］
前記制御回路は、
前記第１の期間において、少なくとも前記第４のスイッチング素子をオフしている時間にわたって前記第２のスイッチング素子をオンし、前記第４のスイッチング素子をオフする時間長の増減に応じて前記第２のスイッチング素子をオンする時間長を増減し、
前記第２の期間において、少なくとも前記第３のスイッチング素子をオフしている時間にわたって前記第１のスイッチング素子をオンし、前記第３のスイッチング素子をオフする時間長の増減に応じて前記第１のスイッチング素子をオンする時間長を増減する、項目２６に記載の電力変換装置。
[Item 27]
The control circuit is
In the first period, the second switching element is turned on for at least the time when the fourth switching element is turned off, and the second switching element is turned off in accordance with an increase/decrease in a time length of turning off the fourth switching element. The time length to turn on the switching element of is increased or decreased,
In the second period, the first switching element is turned on for at least the time when the third switching element is turned off, and the first switching element is turned off in accordance with an increase or decrease in the time length of turning off the third switching element.
［項目２８］
前記制御回路は、前記第７及び第８のスイッチング素子を、前記第１及び第２の期間の両方において常にオンする、項目２６または２７に記載の電力変換装置。
[Item 28]
28. The power conversion device according to
［項目２９］
前記制御回路は、前記第１及び第２の期間の両方において、
前記第６及び第８のスイッチング素子の少なくとも一方をオンし、
前記第５及び第７のスイッチング素子の少なくとも一方をオンする、項目２６〜２８のうちの１つに記載の電力変換装置。
[Item 29]
The control circuit, in both the first and second periods,
Turning on at least one of the sixth and eighth switching elements;
29. The power conversion device according to any one of items 26 to 28, which turns on at least one of the fifth and seventh switching elements.
［項目３０］
前記制御回路は、
前記第１の期間において、前記第４のスイッチング素子に代えて前記第７のスイッチング素子を可変な時間長でオフし、前記第１及び第７のスイッチング素子の一方のみをオンし、前記第７のスイッチング素子をオフする時間長の増減に応じて前記第１のスイッチング素子をオンする時間長を増減し、
前記第２の期間において、前記第３のスイッチング素子に代えて前記第８のスイッチング素子を可変な時間長でオフし、前記第２及び第８のスイッチング素子の一方のみをオンし、前記第８のスイッチング素子をオフする時間長の増減に応じて前記第２のスイッチング素子をオンする時間長を増減する、項目２６に記載の電力変換装置。
[Item 30]
The control circuit is
In the first period, instead of the fourth switching element, the seventh switching element is turned off for a variable time length, only one of the first and seventh switching elements is turned on, and the seventh switching element is turned on. The time length for turning on the first switching element is increased or decreased according to the time length for turning off the switching element of
In the second period, instead of the third switching element, the eighth switching element is turned off for a variable time length, only one of the second and eighth switching elements is turned on, and the eighth switching element is turned on.
［項目３１］
前記制御回路は、
前記第１の期間において、少なくとも前記第７のスイッチング素子をオフしている時間にわたって前記第５のスイッチング素子をオンし、前記第７のスイッチング素子をオフする時間長の増減に応じて前記第５のスイッチング素子をオンする時間長を増減し、
前記第２の期間において、少なくとも前記第８のスイッチング素子をオフしている時間にわたって前記第６のスイッチング素子をオンし、前記第８のスイッチング素子をオフする時間長の増減に応じて前記第６のスイッチング素子をオンする時間長を増減する、項目３０に記載の電力変換装置。
[Item 31]
The control circuit is
In the first period, the fifth switching element is turned on for at least the time when the seventh switching element is turned off, and the fifth switching element is turned off in accordance with an increase or decrease in the time length of turning off the seventh switching element. The time length to turn on the switching element of is increased or decreased,
In the second period, the sixth switching element is turned on for at least the time when the eighth switching element is turned off, and the sixth switching element is turned on or off according to an increase or decrease in the time length of turning off the eighth switching element. 31. The power conversion device according to item 30, which increases or decreases the length of time that the switching element is turned on.
［項目３２］
前記制御回路は、前記第３及び第４のスイッチング素子を、前記第１及び第２の期間の両方において常にオンする、項目３０または３１に記載の電力変換装置。
[Item 32]
32. The power conversion device according to item 30 or 31, wherein the control circuit always turns on the third and fourth switching elements in both the first and second periods.
［項目３３］
前記制御回路は、前記第１及び第２の期間の両方において、
前記第１及び第３のスイッチング素子の少なくとも一方をオンし、
前記第２及び第４のスイッチング素子の少なくとも一方をオンする、項目３０〜３２のうちの１つに記載の電力変換装置。
[Item 33]
The control circuit, in both the first and second periods,
Turning on at least one of the first and third switching elements;
33. The power conversion device according to any one of Items 30 to 32, which turns on at least one of the second and fourth switching elements.
［項目３４］
前記第１〜第８のスイッチング素子のそれぞれは、ボディダイオードを備えるＭＯＳＦＥＴである、項目１８〜３３のうちの１つに記載の電力変換装置。
[Item 34]
34. The power conversion device according to one of items 18 to 33, wherein each of the first to eighth switching elements is a MOSFET including a body diode.
［項目３５］
前記第１〜第８のスイッチング素子のそれぞれは、ＭＯＳＦＥＴ及びダイオードの組み合わせである、項目１８〜３３のうちの１つに記載の電力変換装置。
[Item 35]
34. The power conversion device according to one of items 18 to 33, wherein each of the first to eighth switching elements is a combination of a MOSFET and a diode.
［項目３６］
前記電力変換装置は、
前記第３及び第４の端子の間において、前記商用電力系統又は負荷を介して電流が流れる向きと同じ向きに電圧降下が発生しているとき、前記直流電源から前記商用電力系統又は負荷に電力を供給する電力供給モードで動作し、
前記第３及び第４の端子の間において、前記商用電力系統又は負荷を介して電流が流れる向きと逆の向きに電圧降下が発生しているとき、前記商用電力系統又は負荷から前記直流電源に電力を回生する電力回生モードで動作する、項目１８〜３５のうちの１つに記載の電力変換装置。
[Item 36]
The power conversion device,
When a voltage drop occurs between the third and fourth terminals in the same direction as a current flows through the commercial power system or load, power is supplied from the DC power source to the commercial power system or load. Operating in the power supply mode,
When a voltage drop occurs between the third and fourth terminals in a direction opposite to a direction in which a current flows through the commercial power system or the load, the commercial power system or the load transfers to the DC power supply. The power converter according to one of items 18 to 35, which operates in a power regeneration mode for regenerating electric power.
［項目３７］
前記一次側インバータ回路に接続され、前記電力供給モードにおいて昇圧動作し、前記電力回生モードにおいて降圧動作するチョッパ回路を備える、項目３６に記載の電力変換装置。
[Item 37]
Item 37. The power converter according to item 36, further comprising a chopper circuit that is connected to the primary-side inverter circuit and that performs a step-up operation in the power supply mode and a step-down operation in the power regeneration mode.
［項目３８］
前記第５及び第６の端子にわたって接続されるコンデンサをさらに備える、項目１８〜３７のうちの１つに記載の電力変換装置。
[Item 38]
38. The power converter of one of items 18-37, further comprising a capacitor connected across the fifth and sixth terminals.
本開示は、例えば、定置用蓄電池のパワーコンディショナ、または、ＥＶ／ＰＨＶ用のＶ２Ｈ（Ｖｅｈｉｃｌｅ ｔｏ Ｈｏｍｅ）パワーコンディショナに利用することができる。 The present disclosure can be applied to, for example, a power conditioner for a stationary storage battery or a V2H (Vehicle to Home) power conditioner for EV/PHV.
１…電力変換装置、
３ａ，３ｂ…端子、
５，５Ａ…一次側インバータ回路、
７…制御回路、
９…トランス、
１１…二次側コンバータ回路、
１５ａ，１５ｂ…端子、
１７…直流電源、
１９…一次巻線、
２１…二次巻線、
２３…コイル（交流用リアクトル）、
２７…商用電力系統、
２９…負荷、
７１，７５…電圧計、
７３，７７…電流計、
８１…チョッパ回路、
ＳＷ１〜ＳＷ１２…スイッチング素子、
Ｓ１〜Ｓ１２…スイッチ、
Ｄ１〜Ｄ１２…ダイオード、
Ｃ１〜Ｃ４，Ｃ２１…コンデンサ、
Ｃｅ１〜Ｃｅ４…電解コンデンサ。
1... power converter,
3a, 3b... terminals,
5, 5A... Primary side inverter circuit,
7... Control circuit,
9... trance
11... Secondary side converter circuit,
15a, 15b... Terminals,
17... DC power supply,
19... Primary winding,
21... secondary winding,
23... Coil (AC reactor),
27... Commercial power system,
29... load,
71, 75... Voltmeter,
73, 77... Ammeter,
81... Chopper circuit,
SW1 to SW12... switching elements,
S1-S12... switches,
D1 to D12... Diode,
C1-C4, C21... Capacitor,
Ce1 to Ce4... Electrolytic capacitors.
Claims (17)
商用電力系統又は負荷に接続される第３及び第４の端子と、
一次巻線及び第５及び第６の端子を有する二次巻線を備えるトランスと、
前記第１及び第２の端子と前記一次巻線との間に接続された一次側インバータ回路と、
前記第５及び第６の端子と前記第３及び第４の端子との間に接続された二次側コンバータ回路と、
制御回路とを備え、
前記二次側コンバータ回路は、ダイオード及び前記ダイオードに並列に接続されるスイッチを含む第１〜第８のスイッチング素子を備え、
前記第１及び第５のスイッチング素子は、それぞれの前記ダイオードの順方向が互いに逆になるように、前記第３及び第５の端子の間において互いに直列に接続され、
前記第２及び第６のスイッチング素子は、それぞれの前記ダイオードの順方向が互いに逆になるように、前記第４及び第５の端子の間において互いに直列に接続され、
前記第３及び第７のスイッチング素子は、それぞれの前記ダイオードの順方向が互いに逆になるように、前記第３及び第６の端子の間において互いに直列に接続され、
前記第４及び第８のスイッチング素子は、それぞれの前記ダイオードの順方向が互いに逆になるように、前記第４及び第６の端子の間において互いに直列に接続され、
前記第１及び第２のスイッチング素子は、それぞれの前記ダイオードの順方向が互いに同じになるように、前記第３及び第４の端子の間において互いに直列に配置され、
前記第３及び第４のスイッチング素子は、それぞれの前記ダイオードの順方向が互いに同じになるように、前記第３及び第４の端子の間において互いに直列に配置され、
前記第１及び第３のスイッチング素子は、それぞれの前記ダイオードの順方向が互いに逆になるように、前記第５及び第６の端子の間において互いに直列に配置接続され、
前記制御回路は、
前記第６の端子の電圧を基準にして第５の端子の電圧が第１の極性を有する第１の期間内において、第３の期間に前記第１のスイッチング素子をオンし、前記第３の期間よりも長く前記第３の期間を完全に含む第４の期間に前記第５のスイッチング素子をオンし、
前記第６の端子の電圧を基準にして第５の端子の電圧が前記第１の極性とは逆の第２の極性を有する第２の期間内において、第５の期間に前記第２のスイッチング素子をオンし、前記第５の期間よりも長く前記第５の期間を完全に含む第６の期間に前記第６のスイッチング素子をオンする、電力変換装置。 First and second terminals connected to a DC power source,
Third and fourth terminals connected to the commercial power system or load,
A transformer comprising a primary winding and a secondary winding having fifth and sixth terminals;
A primary side inverter circuit connected between the first and second terminals and the primary winding;
A secondary converter circuit connected between the fifth and sixth terminals and the third and fourth terminals;
With a control circuit,
The secondary side converter circuit includes a first to an eighth switching element including a diode and a switch connected in parallel to the diode,
The first and fifth switching elements are connected in series between the third and fifth terminals so that the forward directions of the respective diodes are opposite to each other,
The second and sixth switching elements are connected in series with each other between the fourth and fifth terminals such that the forward directions of the respective diodes are opposite to each other.
The third and seventh switching elements are connected in series with each other between the third and sixth terminals such that the forward directions of the respective diodes are opposite to each other.
The fourth and eighth switching elements are connected in series between the fourth and sixth terminals so that the forward directions of the respective diodes are opposite to each other,
The first and second switching elements are arranged in series between the third and fourth terminals such that the respective diodes have the same forward direction.
The third and fourth switching elements are arranged in series between the third and fourth terminals such that the forward directions of the respective diodes are the same.
The first and third switching elements are arranged and connected in series with each other between the fifth and sixth terminals such that the forward directions of the respective diodes are opposite to each other.
The control circuit is
Within the first period in which the voltage of the fifth terminal has the first polarity with reference to the voltage of the sixth terminal, the first switching element is turned on in the third period, and the third switching element is turned on. Turning on the fifth switching element during a fourth period longer than the period and completely including the third period,
Within the second period in which the voltage of the fifth terminal has the second polarity opposite to the first polarity with reference to the voltage of the sixth terminal, the second switching is performed in the fifth period. An electric power converter which turns on an element and turns on the 6th switching element during a 6th period which is longer than the 5th period and completely includes the 5th period.
前記第３の期間の増減に応じて前記第４の期間を増減させ、
前記第５の期間の増減に応じて前記第６の期間を増減させる、請求項１に記載の電力変換装置。 The control circuit is
Increase or decrease the fourth period according to the increase or decrease of the third period,
The power conversion device according to claim 1, wherein the sixth period is increased or decreased according to the increase or decrease of the fifth period.
前記第１の期間内において、前記第３の期間より長く前記第３の期間を完全に含む第７の期間に前記第７のスイッチング素子をオフし、
前記第２の期間内において、前記第５の期間より長く前記第５の期間を完全に含む第８の期間に前記第８のスイッチング素子をオフする、請求項１記載の電力変換装置。 The control circuit is
Within the first period, the seventh switching element is turned off in a seventh period that is longer than the third period and completely includes the third period,
The power conversion device according to claim 1, wherein within the second period, the eighth switching element is turned off during an eighth period that is longer than the fifth period and completely includes the fifth period.
前記第５の期間の増減に応じて前記第８の期間を増減させる、請求項３に記載の電力変換装置。 Increase or decrease the seventh period according to increase or decrease of the third period,
The power conversion device according to claim 3, wherein the eighth period is increased or decreased according to the increase or decrease of the fifth period.
前記第６の期間は、前記第８の期間よりも長く前記第８の期間を完全に含む、請求項３または４に記載の電力変換装置。 The fourth period is longer than the seventh period and completely includes the seventh period;
The power conversion device according to claim 3 or 4, wherein the sixth period is longer than the eighth period and completely includes the eighth period.
商用電力系統又は負荷に接続される第３及び第４の端子と、
一次巻線及び第５及び第６の端子を有する二次巻線を備えるトランスと、
前記第１及び第２の端子と前記一次巻線との間に接続された一次側インバータ回路と、
前記第５及び第６の端子と前記第３及び第４の端子との間に接続された二次側コンバータ回路と、
制御回路とを備え、
前記二次側コンバータ回路は、ダイオード及び前記ダイオードに並列に接続されるスイッチを含む第１〜第８のスイッチング素子を備え、
前記第１及び第５のスイッチング素子は、それぞれの前記ダイオードの順方向が互いに逆になるように、前記第３及び第５の端子の間において互いに直列に接続され、
前記第２及び第６のスイッチング素子は、それぞれの前記ダイオードの順方向が互いに逆になるように、前記第４及び第５の端子の間において互いに直列に接続され、
前記第３及び第７のスイッチング素子は、それぞれの前記ダイオードの順方向が互いに逆になるように、前記第３及び第６の端子の間において互いに直列に接続され、
前記第４及び第８のスイッチング素子は、それぞれの前記ダイオードの順方向が互いに逆になるように、前記第４及び第６の端子の間において互いに直列に接続され、
前記第１及び第２のスイッチング素子は、それぞれの前記ダイオードの順方向が互いに同じになるように、前記第３及び第４の端子の間において互いに直列に配置され、
前記第３及び第４のスイッチング素子は、それぞれの前記ダイオードの順方向が互いに同じになるように、前記第３及び第４の端子の間において互いに直列に配置され、
前記第１及び第３のスイッチング素子は、それぞれの前記ダイオードの順方向が互いに逆になるように、前記第５及び第６の端子の間において互いに直列に配置接続され、
前記制御回路は、
前記第６の端子の電圧を基準にして第５の端子の電圧が第１の極性を有する第１の期間内において、第３の期間に前記第６のスイッチング素子をオンし、前記第３の期間よりも長く前記第３の期間を完全に含む第４の期間に前記第２のスイッチング素子をオンし、
前記第６の端子の電圧を基準にして第５の端子の電圧が前記第１の極性とは逆の第２の極性を有する第２の期間内において、第５の期間に前記第５のスイッチング素子をオンし、前記第５の期間よりも長く前記第５の期間を完全に含む第６の期間に前記第１のスイッチング素子をオンする、電力変換装置。 First and second terminals connected to a DC power source,
Third and fourth terminals connected to the commercial power system or load,
A transformer comprising a primary winding and a secondary winding having fifth and sixth terminals;
A primary side inverter circuit connected between the first and second terminals and the primary winding;
A secondary converter circuit connected between the fifth and sixth terminals and the third and fourth terminals;
With a control circuit,
The secondary converter circuit includes a first to an eighth switching element including a diode and a switch connected in parallel to the diode,
The first and fifth switching elements are connected in series between the third and fifth terminals so that the forward directions of the respective diodes are opposite to each other,
The second and sixth switching elements are connected in series with each other between the fourth and fifth terminals such that the forward directions of the respective diodes are opposite to each other.
The third and seventh switching elements are connected in series with each other between the third and sixth terminals such that the forward directions of the respective diodes are opposite to each other.
The fourth and eighth switching elements are connected in series between the fourth and sixth terminals so that the forward directions of the respective diodes are opposite to each other,
The first and second switching elements are arranged in series between the third and fourth terminals such that the respective diodes have the same forward direction.
The third and fourth switching elements are arranged in series between the third and fourth terminals such that the forward directions of the respective diodes are the same.
The first and third switching elements are arranged and connected in series with each other between the fifth and sixth terminals such that the forward directions of the respective diodes are opposite to each other.
The control circuit is
Within the first period in which the voltage of the fifth terminal has the first polarity with reference to the voltage of the sixth terminal, the sixth switching element is turned on in the third period, and the third switching element is turned on. Turning on the second switching element for a fourth period longer than the period and completely including the third period,
In the second period in which the voltage of the fifth terminal has the second polarity opposite to the first polarity with reference to the voltage of the sixth terminal, the fifth switching is performed in the fifth period. An electric power converter which turns on an element and turns on the 1st switching element during a 6th period which is longer than the 5th period and completely includes the 5th period.
前記第３の期間の増減に応じて前記第４の期間を増減させ、
前記第５の期間の増減に応じて前記第６の期間を増減させる、請求項７に記載の電力変換装置。 The control circuit is
Increase or decrease the fourth period according to the increase or decrease of the third period,
The power conversion device according to claim 7, wherein the sixth period is increased or decreased according to the increase or decrease of the fifth period.
前記第１の期間内において、前記第３の期間より長く前記第３の期間を完全に含む第７の期間に前記第４のスイッチング素子をオフし、
前記第２の期間内において、前記第５の期間より長く前記第５の期間を完全に含む第８の期間に前記第３のスイッチング素子をオフする、請求項７記載の電力変換装置。 The control circuit is
In the first period, the fourth switching element is turned off in a seventh period that is longer than the third period and completely includes the third period,
The power conversion device according to claim 7, wherein within the second period, the third switching element is turned off during an eighth period that is longer than the fifth period and completely includes the fifth period.
前記第５の期間の増減に応じて前記第８の期間を増減させる、請求項９に記載の電力変換装置。 Increase or decrease the seventh period according to increase or decrease of the third period,
The power conversion device according to claim 9, wherein the eighth period is increased/decreased according to the increase/decrease in the fifth period.
前記第６の期間は、前記第８の期間よりも長く前記第８の期間に完全に含む、請求項９または１０に記載の電力変換装置。 The fourth period is longer than the seventh period and completely includes the seventh period;
The power conversion device according to claim 9, wherein the sixth period is longer than the eighth period and completely included in the eighth period.
前記第３及び第４の端子の間において、前記商用電力系統又は負荷を介して電流が流れる向きと逆の向きに電圧降下が発生しているとき、前記商用電力系統又は負荷から前記直流電源に電力を回生する電力回生モードで動作する、請求項１〜１４のうちの１つに記載の電力変換装置。 When a voltage drop occurs between the third and fourth terminals in the same direction as a current flows through the commercial power system or the load, the DC power source supplies power to the commercial power system or the load. Operating in the power supply mode,
When a voltage drop occurs between the third and fourth terminals in a direction opposite to a direction in which a current flows through the commercial power system or the load, the commercial power system or the load transfers to the DC power supply. The power conversion device according to claim 1, which operates in a power regeneration mode in which power is regenerated.
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